Диссертация (1150798), страница 20
Текст из файла (страница 20)
. . 840 нм в присутствии продольного магнитного поля, создаваемого постоянным магнитом. После нескольких минут накачкивнешний магнит удалялся из схемы, зондирующий свет ослаблялся на порядок величины, а его поляризация переключалась на линейную. Поскольку постоянныймагнит удалялся механически, то скорость изменения внешнего магнитного полябыла очевидно меньше скорости поперечной релаксации ядер, что позволяет рассматривать процесс изменения магнитного поля как адиабатический поворот [30].В результате можно было наблюдать картину, представленную на рисунке 5.8.104Время релаксации определялось по динамике временно́го сдвига прецессионного пика и составляло, в зависимости от условий регистрации, 100.
. . 300 с, чтосогласуется с данными по образцам -GaAs в металлической фазе, представленными в литературе [135]. Небольшая особенность спектра, соответствующая частоте ларморовской прецессии во внешнем поле и не испытывающая сдвигапри релаксации ядерной поляризации, вероятно, может быть приписана сигналуот электронов случайных донорных примесей в ближайших к резонаторному промежутку слоях РБО, ядерное окружение которых поляризовано слабее и вместе стем может характеризоваться значительно более короткими временами релаксации.Рисунок 5.8 — Релаксация ядерной поляризации при отрицательной (а) иположительной (б) температуре ядерного спинового ансамбля образца T695.Мощность зондирующего пучка 0.3 мВт, время накопления одного спектра ∼ 2 с,время между отдельными накоплениями ∼ 11 с, температура 6.3 К, длина волны835 нм.
Характеристическое время релаксации ≈ 150 с.Сочетание эффектов ядерной поляризации и оптического магнитного полятакже позволило непосредственно наблюдать не только процесс релаксации, нои процесс накачки ядерной подсистемы. Для этого интенсивность эллиптически105поляризованного (c ≈ 10%) зондирующего света увеличивалась для выхода изобласти линейности отклика. Результат этого эксперимента представлен на рисунке 5.9. На правом графике отложено значение эллиптичности зондирующегосвета. На левой панели изображено положение прецессионного пика, жёлтой исиней линиями — аппроксимации экспоненциальной функцией. Извлечённые приэтом значения времён накачки накач. ≈ 37 c и релаксации релакс.
≈ 55 c существенно отличаются от значения ≈ 150 с, полученного в предыдущем эксперименте.Этот факт может объясняться неэкспоненциальностью процесса: в данном случаескорость смещения пика будет определяться наиболее быстро релаксирующимиядрами, в то время как графики рисунка 5.8, напротив, содержат более медленный «хвост» процесса релаксации. Динамика ядерной поляризации носит сложныйхарактер в случае, когда она определяется более чем одним механизмом релаксации [135; 136]. Различие значений накач. и релакс.
может быть вызвано в таком случае как неточностью аппроксимации одноэкспоненциальной зависимостью, так ипогрешностю в определении положения пика.Опираясь на полученные данные, можно вернуться к вопросу о том, существует ли противоречие между наблюдаемым эффектом оптической ориентациии отсутствием значительного поглощения зондирующего света в среде. Для этого можно выполнить следующую приближённую оценку порядка величины потокапоглощаемых фотонов, необходимых для полной ориентации системы ядерныхспинов.∙ Количество ядер в 1 см3 GaAs приблизительно равно 4.42 · 1022 [137].∙ Толщину слоя GaAs в микрорезонаторе можно положить равной 0.3 мкм, адиаметр пучка — 300 мкм.
В таком объёме будет содержаться около 1015атомов.∙ Поток фотонов с длиной волны 833 нм в пучке мощностью 1 мВт составит∼ 4,2 · 1015 с−1 . Пучок такой мощности ориентировал бы ядра в указанном объёме за ∼ 0.2 с (конкурирующий процесс релаксации поляризацииможно для простоты считать достаточно медленным). В эксперименте жединамика ядерной поляризации характеризовалась временами порядка 102с.∙ Для простоты можно считать, что для поляризации ядра достаточно поглощения одного фотона с сопутствующей передачей его момента им-106Рисунок 5.9 — Процессы накачки и релаксации ядерной поляризации,наблюдаемые в спектрах спиновых шумов электронов проводимости образцаT695. Мощность зондирующего пучка 0.2 мВт, время накопления одногоспектра ∼ 2 с, время между отдельными накоплениями ∼ 12.5 с, температура5 К, длина волны 834.4 нм.
Дополнительные пояснения приведены в тексте.пульса ядру1 . Таким образом, в условиях полного поглощения фотонов истопроцентной передачи их момента импульса в ядерную систему для достижения абсолютной поляризации ядер в каустике было бы достаточнопотока циркулярно поляризованного света мощностью всего 2 мкВт. Известно, что полная поляризация ядер соответствовала бы среднему полюОверхаузера порядка 5 Тл. В эксперименте же ядерное поле не превышало50 мТл, для его достижения требовалась интенсивность света порядка 100мВт.1Разумеется, в данном очень упрощённом рассмотрении пренебрегается различием полного момента импульса изотопов ядер и их распределением по состояниям.107Таким образом, можно с уверенностью утверждать, что несмотря на то, чтопоглощение в среде было крайне мало, наблюдаемый эффект светоиндуцированной поляризации ядер не представляется удивительным.5.3ВыводыВ данной главе магнитометрические возможности спектроскопии спиновыхшумов продемонстрированы на примере исследования фотоиндуцированного магнитного поля, а также наблюдения динамики ядерной поляризации в спектрах шумов керровского вращения.
Несмотря на то, что влияние ядерной подсистемы навремя жизни дырочных спиновых состояний в квантовых точках было исследовано методом спектроскопии спиновых шумов в работе [138], в данной экспериментальной работе методом ССШ были впервые зарегистрированы процессыоптической ориентации ядер и их релаксации. Эффект остаточного поглощенияпри этом сыграл немаловажную роль, обеспечив передачу магнитного момента вядерную подсистему.
Это позволило управлять ориентацией ядер, одновременнорегистрируя их динамику по шумовым спектрам, используя всего один зондирующий луч в области номинальной прозрачности образца.108ЗаключениеОсновные результаты работы заключаются в следующем.1. Создана действующая установка для регистрации спектра шумов фарадеевского вращения, позволяющая получать шумовые спектры в диапазонечастот до нескольких ГГц и со временем накопления одного спектра от0.1 с, а также осуществлять запись оптических спектров спиновых шумови производить магнитометрические исследования методом ССШ.2. Экспериментально реализована техника высокой поляризационной экстинкции, направленная на повышение поляриметрической чувствительности спектроскопии спиновых шумов и расширение доступного для еёприменения диапазона длин волн.
Эффективность этой техники проиллюстрированна результатами экспериментальных исследований на объёмном -легированном образце GaAs.3. Благодаря применению микрорезонатора впервые осуществлена экспериментальная регистрация спектров спиновых шумов носителей заряда водиночной GaAs/AlGaAs квантовой яме, размещённой в микрорезонаторе, и исследовано их поведение в зависимости от мощности зондирующего света и приложенного магнитного поля.
Полученные на данном образце результаты легли в основу исследований свойств микрорезонатораметодом спектроскопии спиновых шумов.4. Обнаружено и исследовано явление возникновения гигантских поляризационных шумов в отражённом от микрорезонатора световом пучке. Рассмотрение этого эффекта как результата возникновения автоколебанийв оптически нелинейном неустойчивом резонаторе позволило описать нетолько гигантский шумовой отклик, но и объяснить бимодальную формуспектра шумов в области отрицательных отстроек.5.
Критическая зависимость величины регистрируемого сигнала от степени поглощения межзеркальной среды асимметричного резонатора, связанная с изменением спектральной зависимости фазы отражённого от резонатора света, была исследована и наглядно проиллюстрирована с использованием техники ССШ. Несмотря на то, что указанные свойства ин-109терферометра являются известными [118; 119; 122], их исследование припомощи такой техники выполнено впервые.6. Возможность использования метода ССШ в качестве магнитометрического инструмента продемонстрирована экспериментальным исследованием светоиндуцированных магнитных явлений в объёмных эпитаксиальных слоях -легированного GaAs в брэгговских микрорезонаторах. Зарегистрировано возникновение эффективного магнитного поля, индуцированного эллиптически поляризованным зондирующим светом высокойплотности мощности. Исследование его свойств методом ССШ позволило объяснить его возникновение действием динамического эффектаШтарка [132].7.
Осуществлена регистрация динамики ядерной поляризации в спектрахшумов керровского вращения. Процессы оптической ориентации ядер иих релаксации наблюдались в спектрах шумов носителей заряда впервые.Эффект остаточного поглощения при этом сыграл немаловажную роль,обеспечив передачу магнитного момента в ядерную подсистему. Это позволило управлять ориентацией ядер, одновременно регистрируя их динамику по шумовым спектрам, используя всего один зондирующий луч вобласти номинальной прозрачности образца.На основании полученных результатов можно утверждать, что цель работы была достигнута.
Поставленные эксперименты и их интерпретация в рамкахтеоретических моделей раскрыли ранее не исследованные особенности спектроскопии спиновых шумов и способствовали развитию этого метода для изучениядинамики нелинейных оптических систем.Автор выражает благодарность своему научному руководителю В.
С. Запасскому, а также: Г. Г. Козлову за разработку теоретических моделей, помощь вэкспериментальных исследованиях и плодотворные обсуждения материалов работы, С. В. Полтавцеву и В. Г. Давыдову за содействие в работе и ключевую рольв процессе создания экспериментальной установки; ресурсному центру «Нанофотоника»: ростовой группе в лице В.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
