在真空中，光不受磁刺激的影響叛甫。但使用偏振光來(lái)檢查不同系統(tǒng)的磁光特性有很長(zhǎng)的歷史层宫，特別是在過(guò)去的幾十年里，這些原理已經(jīng)被應(yīng)用到半導(dǎo)體中其监，作為在這些系統(tǒng)中定向萌腿、進(jìn)動(dòng)、注入和檢測(cè)自旋的一種手段抖苦。通過(guò)利用光的力量毁菱，磁光技術(shù)可以用來(lái)研究和控制像銦這樣的低維系統(tǒng)的自旋特性。
磁光技術(shù)研究半導(dǎo)體中的光自旋動(dòng)力學(xué)
在1846年锌历，邁克爾·法拉第發(fā)表了他對(duì)線偏振光在平行介質(zhì)中傳播時(shí)旋轉(zhuǎn)的觀察磁場(chǎng)贮庞。1923年，Robert W. Wood和Alexander Ellett發(fā)表了關(guān)于汞原子在橫向磁場(chǎng)中發(fā)光去極化的觀測(cè)結(jié)果究西。前者被稱為法拉第效應(yīng)窗慎，后者被稱為漢勒效應(yīng)。在前人的研究和Alfred Kastler的工作基礎(chǔ)上卤材，R.R Parson在20世紀(jì)60年代末證明了III-V型半導(dǎo)體GaSb中的光誘導(dǎo)自旋取向遮斥。Alfred Kastler幫助確立了氣體中光誘導(dǎo)自旋極化的基本原理。這是通過(guò)一個(gè)非常簡(jiǎn)單的測(cè)量來(lái)完成的扇丛，用圓形偏振光泵浦术吗，測(cè)量圓形發(fā)光。1971年帆精，克勞迪·赫爾曼和喬治·蘭佩爾用偏振光和磁場(chǎng)測(cè)量了GaSb中電子的自旋進(jìn)動(dòng)藐翎。這兩項(xiàng)關(guān)于GaSb的初步研究激發(fā)了半導(dǎo)體領(lǐng)域的光學(xué)取向(OISO)。
穩(wěn)態(tài)測(cè)量
或許实幕，研究半導(dǎo)體中OISOzui簡(jiǎn)單吝镣、zui有效的方法是穩(wěn)態(tài)偏振光致發(fā)光(PL)測(cè)量。通常昆庇，這是通過(guò)使用連續(xù)波(cw)來(lái)實(shí)現(xiàn)的末贾，平面內(nèi)圓偏振光源具有接近帶隙能量分離的光子能量。這將在半導(dǎo)體中產(chǎn)生凈非平衡自旋取向具有適當(dāng)?shù)淖孕窆鈱W(xué)躍遷的系統(tǒng)整吆。當(dāng)系統(tǒng)松弛時(shí)拱撵，會(huì)有一個(gè)優(yōu)先的自旋方向辉川，這將表現(xiàn)為PL中兩個(gè)圓螺旋度(I+(?))之間的強(qiáng)度差。通過(guò)計(jì)算圓極化度拴测，可以直接讀出自旋極化乓旗，P = (I+?I?)/(I+ + I?)。描述半導(dǎo)體P的穩(wěn)態(tài)速率方程為：
式中P0為激發(fā)時(shí)圓偏振度集索。τr和τs分別為復(fù)合壽命和自旋壽命屿愚。這種極化可以在磁場(chǎng)中進(jìn)一步研究。事實(shí)上务荆，對(duì)于相對(duì)于樣品施加的面外場(chǎng)妆距，塞曼效應(yīng)將分裂自旋水平。這導(dǎo)致讀出偏振不平衡函匕，即使是線偏振光娱据，這一結(jié)果可用于研究磁場(chǎng)與材料中載流子自旋的耦合程度。
注意盅惜，復(fù)合壽命與自旋壽命的比值決定了在半導(dǎo)體系統(tǒng)中觀察光學(xué)取向的能力中剩。隨著比值的增大，P的量減小抒寂。這就是這種測(cè)量方法的局限性咽安，如果τs?τr，這種測(cè)量方法就不適合研究半導(dǎo)體系統(tǒng)中的光學(xué)自旋特性蓬推。
時(shí)間分辨測(cè)量
使用脈沖激光的時(shí)間分辨研究可以繞過(guò)穩(wěn)態(tài)測(cè)量的限制妆棒，允許直接測(cè)量系統(tǒng)中的載流子動(dòng)力學(xué)。時(shí)間分辨光致發(fā)光(TRPL)和瞬態(tài)反射(TR)是半導(dǎo)體中載流子復(fù)合動(dòng)力學(xué)的兩種常用的時(shí)間分辨方法沸伏。第1種方法需要脈沖激光和電子設(shè)備糕珊，同步，在時(shí)間上毅糟，入射脈沖觀察到PL的衰減红选，而第二需要兩個(gè)脈沖光束，泵浦和探頭姆另，其中探頭強(qiáng)度的變化喇肋，在兩個(gè)光束之間的時(shí)間延遲，給出了載流子壽命的信息迹辐。
圖1.時(shí)間分辨Kerr旋轉(zhuǎn)的三維圖解蝶防。黃光脈沖為泵浦脈沖，為圓偏振明吩，綠光脈沖為探針脈沖间学，為線偏振。這兩個(gè)脈沖在時(shí)間上是分離的，因此可以通過(guò)線極化探針的旋轉(zhuǎn)提取自旋系統(tǒng)的時(shí)間動(dòng)力學(xué)低葫。
現(xiàn)在详羡，為了研究自旋動(dòng)力學(xué)，極化TRPL需要類似于穩(wěn)態(tài)極化PL測(cè)量的設(shè)置嘿悬，而自旋敏感泵浦探測(cè)方法需要與TR不同的設(shè)置实柠。時(shí)間分辨克爾旋轉(zhuǎn)(TRKR)是測(cè)量半導(dǎo)體自旋動(dòng)力學(xué)zui靈敏的方法之一。圖1展示了這種技術(shù)善涨。圓偏振脈沖光泵出非平衡自旋不平衡(黃色)窒盐。當(dāng)自旋居群松弛到平衡時(shí)，相對(duì)于泵浦具有時(shí)間延遲的線極化探針脈沖(綠色)通過(guò)其線極化軸的克爾旋轉(zhuǎn)角θK來(lái)監(jiān)測(cè)弛豫躯概〉窃浚克爾旋轉(zhuǎn)類似于法拉第旋轉(zhuǎn)畔师。
兩者的區(qū)別在于探測(cè)光束是反射(克爾)還是透射(法拉第)娶靡。TRKR已被用于III-V型半導(dǎo)體和TMDs的自旋性質(zhì)研究，是磁光研究的有效工具看锉。
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