Диссертация (1150798), страница 18
Текст из файла (страница 18)
На рисунке 5.1а приведена микрофотография образца T695, представляющего собой брэгговский микрорезонатор, образованный25 и 17 парами слоёв GaAs/AlAs. Межзеркальный промежуток толщиной 3/2 образован слоем Si:GaAs с концентрацией электронов ≈ 4 · 1016 см−3 . Значение концентрации было выбрано близким к значению, соответствующему максимальномувремени жизни спинового состояния [50; 123; 124]. Образец C7T77, также представляющий из себя легированный кремнием слой GaAs в микрорезонаторе, оченьблизок по строению к образцу T695, концентрация электронов легированного слоятакже составляла ≈ 4 · 1016 см−3 [125; 126].
Различие между ними заключаетсяв том, что зеркала образца C7T77 образованы парами слоёв GaAs/Al0.1 Ga0.9 As. Всилу меньшего, по сравнению с образцом T695, контраста показателей преломления веществ для достижения высокой добротности было использовано большееколичество пар: 25 во внешнем зеркале и 30 во внутреннем.Рисунок 5.1 — (а) Торцевой снимок образца T695, полученный при помощирастрового электронного микроскопа.
(б) Фотография охлаждённого до 5 Кобразца T695, сделанная в рассеянном монохроматическом свете с длиной волны833.19 нм. Стрелкой указана изолиния пространственного положения резонанса.Измерения производились аналогично представленным в предыдущих главах, с использованием установки, схема которой детально описана в разделе 3.3.1.Пространственное положение фотонной моды определялось при помощи метода, предложенного в работе [127]: охлаждённые до гелиевых температур образ-93цы освещались рассеянным монохроматическим светом, отражённый от образцов(или, в некоторых экспериментах, прошедший через них) свет регистрировалсячувствительной к ИК излучению видеокамерой.
Так как образцы обладают пространственным градиентом ширины резонатора, то условие резонанса будет выполняться в относительно узкой пространственной области, визуально проявляясьна фотографии как контрастная линия, см. рис. 5.1б. Шумовые исследования выполнялись в точках образца, где резонансные длины волн находились в диапазоне& 833 нм, т. е. в области прозрачности межзеркального промежутка.Для характеризации образцов были произведены предварительные измерения методом ССШ: зависимость от температуры и определение -фактора носителей по зависимости положения пика от поперечного магнитного поля.
На каждомиз образцов наблюдался сигнал, центрированный на частоте ларморовской прецессии, лоренцева форма которого указывает на однородность зондируемой системы. Зависимость ширины и площади сигнала от температуры для образцов T695 иC7T77 изображена на рисунке 5.2. Сильная погрешность в определении площадина панели (а) связана с тем, что амплитуда сигнала весьма чувствительна к точности совпадения длины волны зондирующего света и резонанса структуры.
Принагреве образца происходит изменение резонансных условий, что требует подстройки положения пучка или изменения длины волны света. Обе эти процедурыизменяют условия зондирования, приводя к систематической погрешности в измерениях. Ширина магнитного резонанса при невысоких интенсивностях зондирующего излучения, напротив, не зависит от точности выполнения условий резонанса,поэтому её зависимость от температуры носит плавный характер. Условия проведения предварительных экспериментов с образцами T695 и C7T77 существенноразличались.
Так, образец C7T77 был исследован в гелиевом криостате замкнутого цикла фирмы Cryogenic, в котором образец располагается не на холодномпальце, а непосредственно в камере, заполненной жидким гелием, что улучшаломеханическую и температурную стабильность. Кроме того, поскольку криостатCryogenic оборудован сверхпроводящими магнитами, апертура окон в нём значительно меньше, чем в криостате Montana Cryostation, что приводило к меньшейостроте фокусировки зондирующего луча.
Этот факт, являясь обычно недостатком схемы, в данном случае оказывается её достоинством, нивелируя чувствительность к пространственному сдвигу изолинии резонанса. Результаты измеренийпредставлены на панели (б) рисунка 5.2. Как и ожидалось, наблюдаемая картина94соответствует таковой для объёмного образца с концентрацией электронов вблизи перехода металл-диэлектрик [51; 53].
В таких образцах шумы намагниченностивозникают за счёт флуктуаций квазисвободных электронов с тепловой энергиейвблизи поверхности Ферми, и интегральный сигнал растёт линейно с увеличениемтемпературы.Рисунок 5.2 — Зависимость ширины и площади сигнала спиновых шумов оттемпературы для образцов T695 (а) и C7T77 (б). Параметры экспериментовприведены в тексте.Эксперимент по определению -фактора был выполнен на образце C7T77с использованием техники гетеродинирования сигнала [65]. Источником модулированного излучения являлся титан-сапфировый лазер Tsunami фирмы SpectraPhysics, работающий в режиме синхронизации мод. Лазеры, работающие в режимесинхронизации мод (mode-locked laser) — особый класс импульсных лазеров, излучающих сверхкороткие (длительностью от ∼ 100 фемтосекунд) импульсы благодаря интерференции между модами лазера, фазы которых синхронизированы(см., напр., [128, гл.
5.4.5]). В лазере Tsunami длительность импульса составляет ∼ 100 фс, что в силу соотношения неопределённости Гейзенберга приводит кбольшой (∼ 10 нм) спектральной ширине излучённого света. Импульсы следуют счастотой ∼ 80.2 МГц, что позволяет их использовать в данном эксперименте длягетеродинирования шумового сигнала без дополнительных модификаций оптической схемы. Установка в таком эксперименте практически не отличается от стан-95дартной схемы регистрации сигнала в прошедшем через образец свете, за исключением необходимости использовать в электронной схеме частотный фильтр, который бы подавлял амплитуду паразитного сигнала на частоте следования импульсов до уровня, не превышающего динамический диапазон спектроанализатора.
Впоставленном эксперименте поперечное магнитное поле протягивалось до значений, при которых положение сигнала ещё можно было определить (магнитноеполе порядка 2.5 Тл). Резонансная линия испытывала уширение (рисунок 5.3), носившее линейный характер в диапазоне магнитных полей до 1.5 Тл. Определениеширины при бо́льших значениях поля затруднено вследствие ограниченности полосы регистрации и влияния пиков из смежных частотных областей. Однако положение пика прослеживалось до полей в 2.5 Тл и более, что позволило с высокойточностью установить величину -фактора электронов | | = 0.435 ± 0.003, чтотакже соответствует данным, представленным в литературе для -легированныхобъёмных образцов GaAs [42; 49; 129].Рисунок 5.3 — (а) Спектры шумов фарадеевского вращения образца C7T77 вбольших полях , полученные при помощи техники гетеродинирования.Спектральный максимум зондирующего излучения находился в области 835 нм.(б) Спектры керровского вращения в малых магнитных полях, полученные встандартной схеме с использованием cw лазера.965.1.2Зависимость формы спектра спиновых шумов от степениэллиптичности зондирующего светаПри существенном увеличении мощности света в образце спектр шумовогосигнала обнаруживал нерегулярные, на первый взгляд, особенности в виде сдвига, уширения и деформации прецессионного пика, а также возникновения пика,центрированного на нулевой частоте.
Варьирование различных параметров эксперимента разрешило вопрос о природе этих эффектов, показав, что спектр изменял форму в тех случаях, когда свет в межзеркальном промежутке оказывалсяэллиптически поляризован. На рисунке 5.4а изображены спектры шумов керровского вращения отражённого от образца света в случае линейной (определяемаякак отношение осей эллипса мера эллиптичности c = 0) и слегка эллиптической (c ≈ 20%) исходной поляризации. Наблюдаемый эффект качественно соответствует ситуации, когда приложенное к образцу внешнее магнитное поле имеетненулевые проекции и на направление распространения светового пучка, и в ортогональной ему плоскости.
Для наглядности на рисунке 5.4б представлены спектры, накопленные в чисто поперечном и некотором наклонном полях. На связьнаблюдаемого эффекта с эллиптичностью зондирующего света указывал такжеи следующий факт: изменение спектра могло происходить и в том случае, когда поляризация падающего на образец света была строго линейной, но её плоскость была повёрнута относительно некоторых выделенных направлений в образце. Рисунок 5.4б демонстрирует изменение формы спектра при повороте плоскости поляризации зондирующего пучка. Вероятнее всего, достигшее резонаторногослоя излучение приобретало некоторую эллиптичность за счёт двупреломляющихсвойств образца, проистекающих от встроенных механических напряжений.
Форма сигнала меняется с периодичностью /2, указывая на то, что образец являетсяэффективной волновой пластинкой.97Рисунок 5.4 — Спектры шумов фарадеевского вращения для случаев линейно иэллиптично ( ≈ 20%) поляризованного зондирующего излучения (а), а такжепри включении продольного магнитного поля (б). Аппроксимирующие кривыепостроены в соответствии с моделью, представленной в приложении В.
(в) Формасигнала в зависимости от угла плоскости поляризации зондирующего света.Параметры экспериментов указаны на рисунке.5.1.3Зависимость от интенсивности зондирующего светаИзменение спектра с увеличением мощности зондирующего излучения носило характер, аналогичный увеличению продольной компоненты поля.
Рисунок 5.5аиллюстрирует изменение спектров шумов керровского вращения образца C7T77 сувеличением мощности зондирующего света при небольшом значении его эллиптичности (c ≈ 20%, спектры нормированы на интенсивность). При увеличении98мощности амплитуда немагнитной компоненты спектра растёт, качественно также соответствуя наложению увеличивающегося продольного магнитного поля.Согласно рассуждениям раздела 2.2.1, спектр шумов фарадеевского иликерровского вращения в случае произвольно направленного внешнего магнитногополя будет содержать две компоненты: центрированную на нулевой частоте, величина которой определяется величиной проекции магнитного поля на направление распространения зондирующего пучка, и прецессионную, частота которойзадаётся множителем Ланде и модулем внешнего поля.
В случае произвольныхзначений и (величину , в силу равноправности ортогональных направлению луча направлений, можно положить равной нулю) отношение площади немагнитной компоненты 0 к полной площади под графиком будет выражаться как202.= sin = 2 + 2(5.1)Экспериментально было установлено, что оптическое магнитное поле сонаправлено с осью светового пучка: приложение дополнительного внешнего магнитногополя подавляло или усиливало амплитуду немагнитной компоненты в точноститак, как если бы складывались реальные продольные магнитные поля.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
