Автореферат (Спектроскопия спиновых шумов полупроводниковых наноструктур), страница 3

Исследуемый образец был спроектирован таким образом, что концентрацией носителей в квантовойяме можно было управлять при помощи коротковолновой подсветки (фотолегирование), при этом концентрация носителей оказывалась пропорциональна мощ(︀ )︀ности фотолегирующей подсветки: (phd )(см−2 ) ∝ 6 · 109 phd мВтсм2 [4] и вэксперименте не превышала значения ∼ 5 · 109 см−2 . Градиент ширины межзеркального промежутка обеспечивал возможность изменения отстройки фотонноймоды от материальных резонансов среды.

Шумовые спектры фарадеевского вращения носителей в одиночной КЯ были исследованы впервые и выявили существенную нелинейность сигнала по плотности мощности зондирующего света: при11Рис. 1 — Нормированные на мощность зондирующего пучка спектрышумов фарадеевского вращения фотоиндуцированных носителей заряда водиночной КЯ при различных значениях . Температура образца 3.6 К;поперечное магнитное поле ≈ 29 мТл; длина волны 814.16 нм; отстройка отрезонанса ℎℎ ≈ 2.8 мэВ.повышении плотности мощности в шумовых спектрах возникала компонента, центрированная на нулевой частоте (рисунок 1). В работе обсуждаются механизмы,которые могут приводить к подобному изменению спектра; две модели, учитывающие различные механизмы, изложены в четвёртой главе работы и в приложенииБ.В четвёртой главе представлено исследование свойств асимметричногорезонатора с поглощающим промежутком методом спектроскопии спиновых шумов.

В первом разделе главы представлены результаты эксперимента по регистрации оптических спектров шумов фарадеевского вращения в зависимости от отстройки фотонной моды. Под оптическими шумовыми спектрами понимаются зависимости шумового поляризационного сигнала в узкой полосе на некоторой выбранной частоте (в эксперименте 35 МГц) от длины волны плавно перестраиемогоcw лазера. Было обнаружено резкое исчезновение шумового сигнала при проходе фотонной моды через область антипересечения с материальными резонансамисреды при сравнительно небольшом уменьшении добротности резонатора (рисунок 2). Этот эффект был объяснён особенностями спектрального поведения фазыотражённого от асимметричного резонатора света при изменении степени погло-12щения в межзеркальном промежутке.

Показано, что при некотором критическомзначении поглощения фаза изменяет свой спектральный ход со скачкообразного(0 → 2) на знакопеременный, что приводит к изменению характера шумовогосигнала и его резкому ослабеванию при дальнейшем изменении поглощения межзеркальной среды. Экспериментально полученные результаты находятся в качественном согласии с результатами численного моделирования.Рис. 2 — Оптические спектры амплитуды шумов фарадеевского вращения взависимости от положения фотонной моды относительно материальныхрезонансов среды.

Мощность зондирующего света ∼ 1 мВт, температураобразца ∼ 5 К.Второй раздел четвёртой главы включает экспериментальное исследование гигантских поляризационных шумов, наблюдаемых в области антипересечения фотонной моды с материальными резонансами среды при достижении некоторого порогового значения мощности зондирующего света. Амплитуда возникающих в таких условиях шумовых сигналов превосходила на 2–2.5 порядка уровень дробовых шумов света.

Наблюдаемое поведение шумовых спектров, а такжечувствительность формы спектров отражения структуры к мощности зондирующего излучения привели к предположению о возникновении режима автоколебаний в оптически нелинейном резонаторе. Это предположение было подкрепленодополнительным исследованием поляриметрического отклика на внешнее переменное магнитное поле, который также испытывал нелинейный рост при повышении мощности зондирующего света выше критического значения. Изложена ги-13потеза встроенного усилителя, основанная на известном свойстве находящихсявблизи порога автоколебаний систем многократно усиливать отклик на малые, втом числе и флуктуационные, изменения их параметров [5].

Рассмотрены условиявозникновения автоколебаний в исследуемой системе и их свойства, что привелок построению модели, не только описывающей возникновение гигантских поляриметрических сигналов в области антипересечения мод, но и предлагающей один извозможных механизмов формирования центрированной на нулевой частоте компоненты в спектрах спиновых шумов в области отрицательных отстроек.Пятая глава посвящена исследованию методом ССШ двух явлений, заключающихся в возникновении магнитных полей, действующих на электроннуюподсистему GaAs. Исследования проводились на двух образцах, каждый из которых представлял собой эпитаксиальный слой -легированного GaAs с концентрацией электронов ≈ 4 · 1016 см−3 , помещённый в микрорезонатор.

При предварительной характеризации образцов был определён -фактор носителей || ≈ 0.44 ивремя их поперечной релаксации 2 ≈ 102 нс, что соответствует объёмным образцам с данным уровнем легирования. При изменении эллиптичности зондирующегосвета с высокой плотностью мощности в регистрируемых спектрах спиновых шумов наблюдались изменения, которые можно условно разделить на мгновенные изадержанные.

Мгновенное изменение шумового спектра (экспериментально установлено, что время установления эффекта не превышает 10 мкс) было идентичноприкладыванию продольного магнитного поля. Задержанный отклик, характерныевремена которого лежали в диапазоне от десятков до сотен секунд, проявлялся всдвиге прецессионного пика в шумовом спектре.В первом разделе главы приведено экспериментальное исследование мгновенного отклика и показано, что величина возникающего эффективного поля зависит от степени эллиптичности и интенсивности зондирующего света.

Условияэксперимента и характер наблюдаемого сигнала привели к предположению о возникновении под действием циркулярно поляризованного света динамического эффекта Штарка, проявляющегося в виде «оптического» магнитного поля, приложенного к электронной подсистеме. В Приложении В представлена теоретическаяоценка величины этого поля, удовлетворительно соответствующая экспериментально определённому значению.Второй раздел этой главы включает исследование задержанного откликасистемы, который объяснён влиянием процессов оптической ориентации ядер.14Рис.

3 — Процессы накачки и релаксации ядерной поляризации и явление«оптического» магнитного поля, наблюдаемые в спектрах спиновых шумовэлектронов проводимости образца T695 при включении и выключенииэллиптичности зондирующего света. Мощность зондирующего пучка 0.2 мВт,время накопления одного спектра ∼ 2 с, время между отдельныминакоплениями ∼ 12.5 с, температура 5 К, длина волны 834.4 нм.Показано, что при изменении знака циркулярной поляризации света при заданном продольном магнитном поле ядерная система поляризуется параллельно илиантипараллельно внешнему полю.

В спектрах спиновых шумов динамика накачки и релаксации ядерной поляризации проявляется непосредственно благодарядействию поля Оверхаузера на электронную подсистему. Полученные значенияскоростей ядерной релаксации соответствуют данным, представленным в литературе по этой тематике [6].

Представлена простая оценка эффективности передачимомента от зондирующего света в ядерную подсистему, которая показывает, чтонаблюдаемое явление оптической ориентации ядер светом в области номинальнойпрозрачности образца может объясняться остаточным поглощением в среде.В заключении представлены основные результаты и выводы работы.15Приложение А содержит описание модели, использованной для иллюстрации теоремы Винера—Хинчина. Приложения Б и В посвящены краткому изложению теоретических моделей, описывающих свойства спектра спиновых шумоводиночной квантовой ямы в микрорезонаторе и механизм возникновения светоиндуцированного магнитного поля в GaAs.Список цитированной литературы1. One-Dimensional Nanostructures: Synthesis, Characterization, and Applications/ Y.

Xia [и др.] // Advanced Materials. — 2003. — Т. 15, No 5. — С. 353—389.2. Žutić I. I., Fabian J., Sarma S. D. Spintronics: Fundamentals and applications //Reviews of Modern Physics. — 2004. — Т. 76. — С. 323—410.3. Zapasskii V. S. Spin-noise spectroscopy: from proof of principle to applications// Advances in Optics and Photonics. — 2013. — Т. 5, issue 2. — С.

131—168.4. Exciton and trion spectral line shape in the presence of an electron gas inGaAs/AlAs quantum wells / A. Manassen [и др.] // Phys. Rev. B. — 1996. —Окт. — Т. 54, вып. 15. — С. 10609—10613.5. Гоноровский И. С. Радиотехнические цепи и сигналы: Учебник для вузов. —4-е изд., перераб. и доп.

— М. : Радио и связь, 1986.6. Nuclear Spin relaxation mediated by Fermi-edge electrons in n-type GaAs / M.Kotur [и др.] // JETP Letters. — 2014. — Т. 99, No 1. — С. 37—41.Публикации автора по теме диссертацииОсновные результаты по теме диссертации изложены в 10 печатных работах, 6 из которых изданы в журналах, включенных в систему цитирования Web ofScience:А1. Resources of polarimetric sensitivity in spin noise spectroscopy / P. Glasenapp,A. Greilich, I. I. Ryzhov и др.

// Phys. Rev. B. — 2013. — Окт. — Т. 88, вып. 16.— С. 165314.А2. Spin noise spectroscopy of a single quantum well microcavity / S. V. Poltavtsev,I. I. Ryzhov, M. M. Glazov и др. // Phys. Rev. B. — 2014. — Февр. — Т. 89, вып.8. — С. 081304.16А3.

Optics of spin-noise-induced gyrotropy of an asymmetric microcavity /S. V. Poltavtsev, I. I. Ryzhov, R. V. Cherbunin и др. // Phys. Rev. B. — 2014.— Май. — Т. 89, вып. 20. — С. 205308.А4. Spin noise amplification and giant noise in optical microcavity / I. I. Ryzhov, S.V. Poltavtsev, G. G. Kozlov и др. // Journal of Applied Physics.

— 2015. — Т.117, No 22. — С. 224305.А5. Measurements of nuclear spin dynamics by spin-noise spectroscopy / I. I. Ryzhov,S. V. Poltavtsev, K. V. Kavokin и др. // Applied Physics Letters. — 2015. — Т.106, No 24. — С. 242405.А6. Spin noise explores local magnetic fields in a semiconductor / I. I. Ryzhov, G. G.Kozlov, D. S. Smirnov и др. // Scientific Reports. — 2016.

— Февр. — Т. 6. —С. 21062.4 работы представлены в тезисах докладов, список которых приведён в разделе,посвящённой общей характеристике работы..