Поляризация в ферромагнитных гетероструктурах
Контрольная работа - Физика
Другие контрольные работы по предмету Физика
нные кружки) и в спектральной точке Eg+Д (заштрихованные треугольники). Сплошной линией показана отмасштабированная зависимость для спектральной точки 0.
гетероструктура поляризация спектральный магнитный
На рисунке 11 представлены зависимости циркулярной поляризации от величины внешнего магнитного поля в спектральной точке 0 (заштрихованные кружки) и в спектральной точке Eg+Д (заштрихованные треугольники). Обе поляризационные кривые показывают схожее поведение, действительно отмасштабированная кривая поляризации в точке 0 (сплошная линия на рис. 11) хорошо совпадает с поляризационной кривой в точке Eg+Д. Поляризация Eg+Д линии не зависит от поляризации дырок возбуждённых в спин-орбитально отщеплённой подзоне. Действительно, дырки, из спин-орбитально отщеплённой подзоны, быстро релаксируют в подзоны лёгких и тяжёлых дырок, что обуславливает малое время жизни дырок, это время жизни оказывается меньше чем время спиновой релаксации, поэтому дырки спин-орбитально отщеплённой подзоны не ориентированы по внешнему магнитному полю. Из этого следует, что поляризация Eg+Д линии зависит только от поляризации электронов на уровнях доноров марганца в слоях GaAs. Это даёт возможность изучить поляризацию уровней доноров марганца в GaAs. Однако, схожее поведение поляризационных кривых в 0 и точке Eg+Д позволяет предположить, что внутренние магнитные поля от ферромагнитных слоёв марганца влияют как на дырки в области д - слоёв так и на электроны в слоях GaAs. Причём влияние на электроны и дырки пропорционально намагниченности д - слоёв.
На рисунке 12 представлена зависимость циркулярной поляризации от температуры образца (0.11/5). В интервале температур 4-30є К циркулярная поляризация практически не зависит от температуры, однако при превышении Т~30є K поляризация начинает резко уменьшаться. Это значение критической температуры (начало спада поляризации) достаточно хорошо совпадает со значением температуры Кюри (Тс), измеренной с помощью SQUID (обозначена стрелкой на рисунке 12). При превышении Тс происходит фазовый переход второго рода и образец переходит из ферромагнитной фазы в парамагнитную. Из рисунка 8 видно, что при температурах ниже температуры Кюри поляризация остаётся постоянной на уровне 0.9, а при температурах выше температуры Кюри с увеличением температуры начинается спад циркулярной поляризации. Причина этого явления в настоящее время не понята до конца. Однако, в качестве одной из моделей может быть предложено следующее объяснение. Измерения циркулярной поляризации были выполнены в нулевом магнитном поле после экспозиции образа в магнитном поле B=5T в геометрии Фарадея. Очевидно, что после выключения внешнего магнитного поля в образце сохраняется остаточная намагниченность, которая совпадает с направлением возбуждающего света. Эта остаточная намагниченность стабилизирует ориентацию спин-отщеплённых дырок. При повышении температуры выше TC остаточная намагниченность образца исчезает, тем самым исчезает стабилизирующая роль намагниченности на ориентацию спина дырки. Флуктуирующие обменные поля в d слоях при T>TC приводят к увеличению спиновой релаксации спин-отщеплённых дырок в слоях GaAs, что объясняет уменьшение поляризации ФЛ при повышении температуры.
Рис. 12 Температурная зависимость циркулярной поляризации для гетероструктуры (0.11/5). Стрелкой обозначенной как Tc показана температура Кюри. Зависимость измерена в спектральной точке Eg+Д
Заключение
Поляризация в ферромагнитных гетероструктурах была исследована методом горячей фотолюминесценции. Было обнаружено, что увеличение расстояния между д - слоями Mn приводит к ослаблению ферромагнитных свойств гетероструктур и уменьшению спиновой поляризации носителей. Этот эффект обусловлен компенсацией дырок в д - слоях электронами из разделяющих слоёв GaAs. Другой важный фактор это механические напряжения в д - слоях вызванные соседними слоями GaAs, которые увеличиваются при увеличении толщин слоёв GaAs. Это приводит к тому, что основным состоянием становится неполяризованное состояние F=0. Ещё один важный результат заключается в том, что дырки д - слоёв и электроны разделяющих слоёв GaAs испытывают влияние одного и того же обменного поля д - слоёв. По этой причине поляризация электронов в слоях GaAs и дырок в д - слоях пропорциональна намагниченности последних. Это даёт возможность управлять спиновыми состояниями электронов в слоях GaAs изменяя магнитное состояние ферромагнитных д - слоёв. Это позволяет предположить, что данные гетероструктуры можно использовать для инжекции спин поляризованных носителей в полупроводники. Преимущество данных гетероструктур по сравнению другими заключается в том, что инжекция происходит из полупроводниковых слоёв, а не из металлических, что не приводит к образованию барьера Шотки (при прохождении которого происходит релаксация спиновой поляризации носителей).
Ещё один возможный способ управления поляризацией гетероструктур это приложение к образцу статической деформации. Этот способ ещё не был достатосно исследован, но планируется в будущем.
Список литературы
[1] H. Ohno, A. Shen,F.Matsukura,A.Oiwa,A.Endo,S.Katsumoto, Y.Iey,Appl. Phys.Lett.69, 363 (1996).
[2] K.W.Edmonds, P.Boguslawski, K.Y.Wang, R.P.Campion, S.N.Novikov, N.R.S.Farley, B.L.Gallagher, C.T.Foxon, M.Sawicki, T.Dietl, M.Buongiorno Nardelli, and J. Bernholc, Phys.Rev.Lett.92,037201 (2004).
[3] Y.L. Soo, S. Wang, S. Kim, M. Cheon, X. Chen, H. Luo, Y.H. Kao, Y. Sasaki, X. Liu, J.K. Furdyna, Appl. Phys. Lett. 83 2354 (2003).
[4] T.C. Kreutz, G. Zanelatto, E.G. Gwinn, A.C. Gossard, Appl