鐵磁金屬、稀磁半導體和半導體量子點中自旋電子學的光譜研究.pdf

1、磁性材料中微波光電壓的發(fā)現(xiàn)使得人們終于找到了利用電子自旋產生電能的途徑,同時它給傳統(tǒng)的有關靜磁學與自旋動力學之間相互關系的問題開辟了新的研究方向。在這篇論文中,我們首先討論在分子束外延生長的單晶Fe薄膜樣品中利用微波光電壓技術通過電學方法探測鐵磁共振的可能性。為了描述實驗結果,我們把自旋整流模型推廣到存在磁晶各向異性的情形,擬合結果證明與已知的有關Fe薄膜中鐵磁共振的理論符合得很好,并精確地重現(xiàn)了其中的磁晶各向異性,展現(xiàn)了該技術的拓展性

2、和廣泛適用性。進一步地,通過分析我們發(fā)現(xiàn),有關磁矩進動的相位信息可以通過光電壓的線型讀取出來,這使得該技術有可能被用于探測相位相關的磁動力學過程,因而對于目前自旋電子學器件的設計和應用都具有重要的意義。接著我們把研究體系轉換到鐵磁半導體材料GaMnAs薄膜。通過微波光電壓技術我們系統(tǒng)測量了其中鐵磁共振的隨溫度的變化情況,為了把自旋整流模型推廣到垂直薄膜表面磁化的情形,我們推導了不同磁化狀態(tài)下光電壓的一般公式,所得結果和實驗數(shù)據(jù)很好地吻合

3、。在p-d動態(tài)交換相互作用的理論框架下,我們討論了實驗得到的磁矩g因子、吉爾伯托衰減系數(shù)以及鐵磁共振線型非均勻展寬的溫度依賴關系,它們自洽地反映了GaMnAs體系鐵磁相的Zener模型起源的本質。進一步地,實驗發(fā)現(xiàn)低場范圍的光電壓顯現(xiàn)出非同尋常的磁滯行為,通過Stoner-Wohlfarth模型,我們按照靜磁學中的成核過程描述了這一現(xiàn)象,將其歸結為磁化強度矢量本身的磁滯行為,同時磁輸運測量結果的磁滯無關性與光電壓之間的強烈對比揭示了磁矩

4、進動相位的重要性。據(jù)此我們判斷微波光電壓技術不僅能夠高效地探測自旋激發(fā),還可對復雜的靜磁學過程作深入的研究。另一方面,以半導體量子點為代表的小量子結構為精確的自旋調控提供了良好的客體環(huán)境。利用顯微熒光光譜技術,我們對半導體量子點體系中自旋相關的激子能態(tài)和相互作用做了研究。首先我們報道根據(jù)單個InAs/GaAs量子點的激子能級隨磁場的變化情況得到的InAs量子點中激子的g因子同其能量的依賴關系,并由此探討量子點工藝參數(shù)的重要性。接下來我們

5、轉換到CdSe/ZnSe量子點體系。對Mn摻雜的樣品,為了在引入s-d交換相互作用導致的巨塞曼效應的同時不大幅犧牲量子點的熒光效率,我們設計了CdSe/(3 monolayers)ZnMnSe/ZnSe的三明治結構,實驗證明其量子效率遠高于CdSe/ZnMnSe結構。根據(jù)光譜特征,我們提出一種不同于之前報道的光激發(fā)載流子的弛豫途徑。對于非摻雜樣品,為了研究點間的耦合效應,我們制備了量子點分子(為雙層量子點結構)樣品,并通過激子基態(tài)的分裂