Поляризация в ферромагнитных гетероструктурах
Контрольная работа - Физика
Другие контрольные работы по предмету Физика
олнять примесную зону, изменяя уровень Ферми, что приводит к смещению хвоста в красную область спектра. Увеличение толщины слоёв GaAs приводит к уменьшению интенсивности переходов отвечающих за наличие хвоста. Это подтверждается тем фактом, что спектр, полученный от образца (0.11/2.5) (рис. 5(б)), имеет интенсивность на порядок выше, чем спектр образца (0.11/14.4).
Широкая полоса Eg+Д в образце DLT и СР (0.11/14.4) можно объяснить излучательной рекомбинацией дырок, возбуждённых в спин-орбитально отщеплённой подзоне и релаксировавших к потолку подзоны, со свободными электронами или связанными на донорах. В качестве доноров чаще всего выступают атомы марганца в междоузлиях решётки GaAs, которые являются двойными донорами. Так же донорами могут являться вакансии мышьяка в решётке GaAs, которые тоже являются двойными донорами. Дырки, возбуждённые в спин-орбитально отщеплённой подзоне, могут релаксировать в соседние подзоны лёгких и тяжёлых дырок с испусканием LO - фонона. Это приводит к уменьшению числа дырок в спин-орбитально отщеплённой подзоне и ослаблению линии Eg+Д.
В силу того, что в слоях GaAs марганец играет роль двойных доноров, можно предположить, что именно разделяющие слои GaAs участвуют в формировании пика Eg+Д. В то время как д - слои напротив, участвуют в формировании хвоста потому, что в них концентрация Mn намного выше, а при высокой концентрации марганца его атомы чаще выступают в роли акцепторов. Это даёт уникальную возможность анализировать поляризацию разделяющих слоёв (т.е. спиновую поляризацию электронов в них) по хвосту, а по линии Eg+Д поляризацию д - слоёв (т.е. спиновую поляризацию дырок в них). Причём поляризация хвоста неизменна по всей его длине, что показано на рисунке 7 это позволяет встать в спектральную точку с максимальной интенсивностью излучения. Максимальная интенсивность хвоста наблюдается при энергии ? 1,8 эВ.
Рис. 7 Сплошной линией показан спектр ГФЛ высокочастотного хвоста для образца (0.11/2.5) во внешнем магнитном поле 0,5Т. Заштрихованными точками показана циркулярная пляризация для образца (0.11/2.5) в поле 0,5Т.
В работе была исследована спиновая поляризация дырок в зависимости от расстояния между д - слоями, т.е. от магнитных свойств гетероструктур. С этой целью были выполнены измерения степени циркулярной поляризации ГФЛ во внешнем магнитном поле при неполяризованной накачке. Как известно, поляризация ФЛ во внешнем магнитном поле определяется спиновой поляризацией дырок и электронов, т.е. заселённостью носителями заряда Зеемановских подуровней дырками в валентной зоне и электронами в зоне проводимости. Особенностью ГФЛ в наших образцах является то, что время энергетической релаксации очень мало (существенно меньше, чем время спиновой релаксации) из-за большого числа дефектов, поэтому электроны за время жизни в точке рождения не успевают равновесно заселить Зеемановские подуровни. Следовательно, в данном случае поляризация ГФЛ определяется исключительно поляризацией равновесных дырок на акцепторе.
На рисунке 10 (б) представлена зависимость циркулярной поляризации от величины внешнего магнитного поля для всех исследованных в данной работе СР. Для сравнения на рисунке 10 (а) приведены зависимости циркулярной поляризации от величины внешнего магнитного поля для ферромагнитного (FM1), парамагнитного, выращенного при низких температурах, (PM) и парамагнитного, выращенного методом Чохральского, (R1) образцов. Сравнив рисунки 10 (а) и 10 (б) видно, что поляризационные кривые всех СР похожи на поляризационные кривые ферромагнитного образца (FM1). Это говорит о том, что исследованные СР обладают ферромагнитными свойствами.
Все поляризационные кривые, полученные от СР, имеют два участка. Первый, участок резкого роста поляризации в полях до 1Т, характерен для всех ферромагнитных образцов. Второй, участок насыщения в полях более 1Т. Увеличение толщины разделяющих слоёв проявляет себя в двух аспектах. Первое, при увеличении толщины слоёв GaAs уменьшается наклон кривой поляризации на первом участоке. Второе, с увеличением толщины разделяющих слоёв уменьшается величина циркулярной поляризации в насыщающих внешних магнитных полях. Максимальное значение поляризации наблюдается для гетероструктур с минимальной толщиной слоёв GaAs и составляет ? 0,25. Это значение поляризации совпадает с ранее измеренным значением поляризации в объёмных ферромагнитных образцах, которая была исследована в [13]. Обращает на себя внимание тот факт, что предельная поляризация во всех DMS образцах существенно меньше ожидаемой 100% и меньше той, что наблюдается в легированных образцах ~50%. Уменьшение поляризации до 50% в легированных образцах было дано в работе [12]. В этой работе было показано, что уменьшение предельной поляризации от 100% (характерной для немагнитного акцептора) до 50% (в GaAs:Mn) обусловлено в основном обменным взаимодействием
Обсудим причины, приводящие к уменьшению спиновой поляризации дырок в FM1 по сравнению с поляризацией дырок в R1 (в котором циркулярная поляризация достигает 50% в насыщающем магнитном поле B~8-10T). Для этого нужно учитывать то, что полный момент валентных ( 3d ) электронов на акцепторе марганца определяется только спиновой составляющей и составляет JS=5/2, а полный момент дырки на этом акцепторе определяется спиновой и орбитальной составляющей и равен Jh=3/2. Тогда систему дырка + акцептор можно описать квантовым числом F, которое определяется суммой (JS + Jh) и может изменяться в пределах от |JS - Jh| до | JS + Jh |, т.е. принимает значени?/p>