Диссертация (1150798), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Дополнительную ценность проведённым исследованиямсообщает также факт выполнения наибольшей части работы в отечественной организации — в лаборатории оптики спина Санкт-Петербургского государственного университета. Установка спектроскопии спиновых шумов, созданная в даннойлаборатории, является в России единственной в своём роде.Целью данной работы является изучение принципиальных особенностей метода спектроскопии спиновых шумов и реализация его возможностей для исследования оптических и магнитных свойств полупроводниковых структур на основе GaAs: объёмных слоёв -легированного GaAs и одиночной квантовой ямыGaAs/AlGaAs в брэгговском микрорезонаторе.7Для достижения поставленной цели потребовалось решить следующиезадачи:1.
Создать оптико-электронную установку, оборудованную источником когерентного излучения с перестраиваемой длиной волны, криостатом замкнутого цикла и регистрирующей схемой, позволяющей анализироватьспектры шумов фарадеевского вращения и их зависимость от различныхпараметров системы, таких как температура образца, мощность зондирующего света, длина волны и др.2. Обнаружить шумовой поляриметрический отклик полупроводниковойструктуры и оптимизировать условия его наблюдения.3. Провести серию экспериментальных исследований методом спектроскопии спиновых шумов на нескольких образцах, в том числе:(а) исследовать спектры шумов фарадеевского вращения объёмныхобразцов -легированного GaAs в зависимости от плотностимощности и длины волны зондирующего света;(б) исследовать спектры шумов керровского вращения и эллиптичности и оптические спектры спиновых шумов микрорезонатора, содержащего квантовую яму, в зависимости от температуры, приложенного магнитного поля, интенсивности зондирующего излучения и положения фотонной моды относительно материальных резонансов среды;(в) исследовать спектры шумов керровского вращения объёмныхслоёв -легированного GaAs в микрорезонаторе в зависимостиот интенсивности, степени и знака эллиптичности зондирующего света и знака внешнего продольного магнитного поля, а такжеспектральный поляриметрический отклик на приложенное переменное магнитное поле.4.
Оценить эффективность использования различных схем регистрации вусловиях высокой поляризационной экстинкции при различных плотностях мощности зондирующего света.5. Проанализировать и интерпретировать полученные результаты в рамкахмоделей, учитывающих:(а) фазовые свойства отражения света от асимметричного микрорезонатора с резонансно поглощающим промежутком;8(б) усиление поляриметрического сигнала при приближении к порогу автоколебаний в оптически нелинейном неустойчивом резонаторе;(в) динамический эффект Штарка, возникающий в среде, облучаемой эллиптически поляризованным светом высокой плотностимощности в области прозрачности среды;(г) оптическую поляризацию ядерной спиновой системы образца ипроцесс её релаксации, влияющий через поле Оверхаузера на прецессию флуктуаций электронной намагниченности.Основные положения, выносимые на защиту:1.
Чувствительность метода спектроскопии спиновых шумов и доступныйдля регистрации сигнала диапазон длин волн могут быть значительно увеличены за счёт использования геометрии высокой поляризационной экстинкции. Чувствительность резко возрастает при помещении исследуемой структуры в микрорезонатор. В частности, применение последнегоподхода позволяет осуществлять регистрацию спектра спиновых шумовв низкоразмерных структурах, что продемонстрировано на примере шумовой спектроскопии одиночной квантовой ямы.2.
Асимметричный резонатор с поглощающим промежутком благодарянетривиальному поведению фазы отражённого от него света характеризуется резким изменением поляриметрической чувствительности к флуктуациям гиротропии межзеркальной среды в зависимости от величины поглощения в промежутке. Это поведение ярко проявляется в оптическихспектрах спиновых шумов градиентного микрорезонатора, содержащегоквантовую яму.3.
В оптически неустойчивом резонаторе, межзеркальная среда которогообнаруживает нелинейный отклик на электромагнитное поле высокойплотности, возможно возникновение режима автоколебаний, при приближении к которому отклик на изменение гиротропии многократно возрастает. Модельный учёт автоколебаний в такой системе позволяет описатькак наблюдаемую бимодальность спектра спиновых шумов градиентногомикрорезонатора с квантовой ямой в области отрицательных отстроек,так и возникновение гиганстких шумов в области антипересечения фотонной моды и материальных резонансов среды.94.
Циркулярно поляризованный свет, длина волны которого лежит в области прозрачности среды, при высокой плотности мощности пучка действует на электронную подсистему образца подобно магнитному полю.Магнитометрические возможности спектроскопии спиновых шумов позволяют исследовать свойства этого эффективного «оптического» поля иприписать его возникновение динамическому эффекту Штарка.5.
Метод спектроскопии спиновых шумов позволяет непосредственно регистрировать процессы накачки и релаксации ядерной поляризации. Зондирование ядерной спиновой системы при этом может носить в зависимостиот контролируемых условий эксперимента как невозмущающий характер,так и приводить к оптической ориентации ядер благодаря остаточномупоглощению.Научная новизна:1. Впервые получены спектры спиновых шумов одиночной квантовой ямыв микрорезонаторе, исследована их зависимость от температуры, мощности зондирующего света, приложенного магнитного поля и величиныотстройки фотонной моды от положения материальных резонансов.2. Свойства отражения асимметричного микрорезонатора с поглощающимпромежутком впервые были экспериментально исследованы методомспектроскопии спиновых шумов.3.
Выполнено оригинальное экспериментальное и теоретическое исследование оптически неустойчивого резонатора методом спектроскопии спиновых шумов и построена модель возникающих в нём автоколебаний, приводящих к многократному усилению поляриметрического отклика структуры.4. Спектроскопия спиновых шумов впервые была использована для магнитометрии локальных полей в полупроводниковой структуре. В частности, был исследован эффект магнитного поля, индуцированного светомс длиной волны, лежащей в области прозрачности исследуемого образца;а также впервые была продемонстрирована возможность регистрации поспектрам спиновых шумов динамики поляризации ядер.Научная и практическая значимость работы заключается в развитии метода спектроскопии спиновых шумов как мощного инструмента исследований полупроводниковых систем и демонстрации его высокой эффективности для изуче-10ния спиновой динамики носителей заряда в объёмных и низкоразмерных структурах.
Полученные результаты исследований динамики неравновесных систем раскрывают некоторые ранее не изученные особенности метода, а также являютсяосновой для дальнейших теоретических и экспериментальных исследований таких систем [5].Степень достоверности. Достоверность полученных результатов обеспечивается воспроизводимостью выполненных измерений, достаточным объёмом накопленного материала и его дополнительной проверкой. В экспериментальныхисследованиях было использовано современное высокоточное оборудование.
Защищаемые положения, сформулированные в диссертации, подкреплены фактическими данными, наглядно представленными на графиках и схемах. Представленные результаты находятся в согласии с результатами численного моделированияв рамках теоретических моделей, разработанных соавторами публикаций по темеработы, а также с экспериментальными и теоретическими результатами, полученными другими авторами.Апробация работы. Основные результаты работы докладывались авторомна 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 InternationalSymposium «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 идр. // В кн.: 22st International Symposium «Nanostructures: Physics andTechnology»: 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 биологическихматериалов: 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-воАкадемического университета, 2015. — С. 44.11Результаты, вошедшие в работу, также представлялись автором на научных семинарах лаборатории оптики спина им.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
