Автореферат (1150797), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Спектроскопия спиновых шумов впервые была использована для магнитометрии локальных полей в полупроводниковой структуре. В частности, былисследован эффект магнитного поля, индуцированного светом с длиной волны, лежащей в области прозрачности исследуемого образца; а также впервыебыла продемонстрирована возможность регистрации по спектрам спиновыхшумов динамики поляризации ядер.Практическая значимость работы заключается в развитии метода спектроскопии спиновых шумов как мощного инструмента исследований полупроводниковых систем и демонстрации его высокой эффективности для изучения спиновой динамики носителей заряда в объёмных и низкоразмерных структурах. По-7лученные результаты исследований динамики неравновесных систем раскрываютнекоторые ранее не изученные особенности метода, а также являются основой длядальнейших теоретических и экспериментальных исследований таких систем.Достоверность.
Достоверность полученных результатов обеспечиваетсявоспроизводимостью выполненных измерений, достаточным объёмом накопленного материала и его дополнительной проверкой. В экспериментальных исследованиях было использовано современное высокоточное оборудование. Защищаемые положения, сформулированные в диссертации, подкреплены фактическимиданными, наглядно представленными на графиках и схемах. Представленные результаты находятся в согласии с результатами численного моделирования в рамках теоретических моделей, разработанных соавторами публикаций по теме работы, а также с экспериментальными и теоретическими результатами, полученнымидругими авторами.Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на конференциях и симпозиумах:1. Observation of electron spin noise in a quantum-well microcavity / I.
I. Ryzhov,S. V. Poltavtsev, P. Lagoudakis и др. // В кн.: 21st International Symposium«Nanostructures: Physics and Technology»: тез. докл. конф. — СПб, 2013. —СПб, изд-во Академического университета, 2013. — С. 74.2. Specific features of optical spectroscopy of electron spin noise in a singlequantum-well microcavity / I. I.
Ryzhov, S. V. Poltavtsev, P. Lagoudakis и др. //В кн.: 22st International Symposium «Nanostructures: Physics and Technology»:тез. докл. конф. — СПб, 2014. — СПб, изд-во Академического университета,2014. — С. 92.3. Рыжов И. И. Сигналы и шумы в современной оптике // В кн.: Современныерешения для исследования природных, синтетических и биологических материалов: тез. докл. 1-й междисциплинарной конф.
— СПб, 2014. — СПб,изд-во СПбГУ, 2014.4. Spin-noise-detected nuclear polarization / I. I. Ryzhov, S. V. Poltavtsev,K. V. Kavokin и др. // В кн.: 23st International Symposium «Nanostructures:Physics and Technology»: тез. докл. конф. — СПб, 2015. — СПб, изд-во Академического университета, 2015.
— С. 44.Результаты, вошедшие в работу, также представлялись автором на научных семинарах лаборатории оптики спина им. И. Н. Уральцева, кафедр фотоники и физики8твёрдого тела Санкт-петербургского государственного университета, а также насеминарах ресурсного центра «Нанофотоника».Личный вклад. Экспериментальные результаты, представленные в главах 4 и 5, полностью получены лично автором.
Результаты экспериментов раздела 3.3 получены совместно с С. В. Полтавцевым при активном участии автора.Автор принимал непосредственное участие в постановке эксперимента 3.1 и в создании с нуля установки спектроскопии спиновых шумов в лаборатории оптикиспина им. И. Н.
Уральцева, на которой выполнена основная часть работы; доработка установки для выполнения экспериментов глав 4–5 осуществлена авторомсамостоятельно. Автор принимал активное участие в обсуждении, анализе и интерпретации экспериментальных результатов, а также в подготовке публикацийпо теме работы. Постановка целей и задач работы была выполнена автором совместно с В.
С. Запасским и Г. Г. Козловым. Также автором было произведено численное моделирование случайных процессов для иллюстрации теоремы Винера—Хинчина.Содержание работыСтруктура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и трёх приложений. Полный объём диссертации составляет 136 страниц с 42рисунками. Список литературы содержит 146 наименований.Во введении сформулирована цель работы, задачи, решённые для достижения цели, представлены защищаемые положения, новизна и значимость работы,указан личный вклад автора, а также приведён список публикаций и представлений работы на конференциях.Первая глава посвящена аналитическому обзору литературы по теме исследования. В главе освещаются важные этапы развития методов, основанных наизучении свойств спонтанных термодинамических флуктуаций физических систем и выделяются основные работы, посвящённые этому направлению исследований.
Кратко обсуждаются методы регистрации электронного парамагнитного резонанса в полупроводниковых структурах, при этом основное внимание уделяется магнитооптическим методам. Представлен исторический обзор исследованияполупроводниковых структур методом спектроскопии спиновых шумов, в котором особое внимание было уделено достижениям на пути повышения чувствительности метода и расширения его частотного и временно́го диапазонов. Освещены9также и работы, в задачи которых входил вопрос о возможности использованияметода для квантово-неразрушающих измерений. В конце раздела очерчены основные течения в данной области и представлен круг актуальных неразрешённыхвопросов, приведших к постановке задач настоящего исследования.Вторая глава содержит рассмотрение базовых принципов, на которых основывается техника спектроскопии спиновых шумов.
В первом разделе главыкратко изложены теоретические представления, необходимые для понимания работы; в частности, вводится понятие соотношений Крамерса—Кронига, оценивается величина флуктуаций намагниченности системы невзаимодействующих частиц и формулируется теорема Винера—Хинчина, устанавливающая связь между корреляционными и спектральными характеристиками шумовых процессов.Во втором разделе представлены сведения методологического характера.
Описанспособ регистрации ЭПР по шумам фарадеевского вращения прошедшего черезобразец линейно поляризованного света. В общих чертах рассмотрена зависимостьспектра флуктуаций азимута плоскости поляризации света от таких параметровэксперимента, как направление внешнего магнитного поля относительно зондирующего среду луча и геометрических свойств пучка. Представлено простое построение, результат которого качественно описывает зависимость величины регистрируемого сигнала от полной мощности зондирующего пучка, его сечения и длиныоптического пути в среде. Показано, что характер зависимости сигнала от величины и направления магнитного поля позволяет осуществлять векторную магнитометрию зондируемой среды, а чувствительность к геометрической конфигурациипучка обеспечивает локальность отклика и, соответственно, возможность томографирования свойств среды.
Рассмотрен также вопрос чувствительности поляриметрических измерений и показано, что детектирование шумовых сигналов может быть осуществлено на уровне дробовых шумов света.Третья глава посвящена экспериментальным исследованиям спектровшумов фарадеевского вращения в объёмном образце -легированного GaAs иквантовой ямы (КЯ) GaAs/AlGaAs в микрорезонаторе.Первый раздел главы содержит описание поляриметрического приёма,имеющего название геометрии высокой поляризационной экстинкции, позволяющего значительно повысить чувствительность поляриметрических измерений;представлено два варианта экспериментальной реализации этого приёма и произведена теоретическая оценка эффективности каждого из вариантов.
Также по-10казано, что предложенный подход обнаруживает дополнительный выигрыш приподавлении избыточных шумов зондирующего света.Во втором разделе представлено описание основных элементов установкиспектроскопии спиновых шумов. Установка ССШ представляет из себя оптикоэлектронную детектирующую схему, в которой линейно поляризованное излучение лазера пропускается через исследуемый образец, в результате чего временна́язависимость азимута плоскости поляризации света оказывается промодулированафлуктуациями намагниченности системы за счёт эффекта Фарадея. Детектирование осуществляется стандартным поляриметрическим способом при помощи балансного фотодектора, сигнал с которого оцифровывается радиочастотным спектроанализатором, выполняющим быстрое преобразование Фурье.
В данном разделе также содержится методический параграф, посвящённый детальному описанию процедуры получения шумовых спектров с учётом различных вкладов в регистрируемый сигнал: электронного шума, нормировочного и полезного сигналов; атакже перечислены некоторые способы получения нормировочного спектра.В главе продемонстрированы два подхода к повышению чувствительностиметода. Представлено исследование объёмного образца -GaAs с концентрацией = 3.7 × 1016 см−3 в геометрии высокой поляризационной экстинкции (ВПЭ).Показано, что применение геометрии ВПЭ существенно расширяет диапазон длинволн, в котором применима техника ССШ, и значительно повышает чувствительность метода. Также рассмотрены две технические реализации геометрии ВПЭ ивыполнено экспериментальное сравнение их эффективности при различных плотностях мощности зондирующего пучка.Во втором разделе главы приведено исследование методом ССШ одиночной 20 нм КЯ GaAs/AlGaAs, размещённой в микрорезонаторе.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
