博士学位论文 - Prof. Dr. Ming-Wei Wu - 中国科学技术大学
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第一章 研究背景介绍<br />
型的实验方法是如图1-25中左图所示的 Faraday 旋转角测量,它的原理是 Faraday 效<br />
应 [195]:线偏振光在透过自旋极化的介质时,由于左旋圆偏振光和右旋圆偏振光的<br />
透射率不同,而且透射率之差与介质中磁矩大小成正比,所以出射光的线偏振方向<br />
会在入射光的基础上转过一个大小正比于磁矩的角度。对于较厚的样品,光线很难<br />
透射过去,可以将透射光换成反射光,由于反射率也有类似于透射率的性质,也会产<br />
生类似的偏转效应,即 Kerr 效应,如图1-25中右图所示。由于飞秒激光器可以使时<br />
间延迟达到亚皮秒量级,短于一般的自旋演化时间尺度,因此可以得到动态的自旋信<br />
息。这种时间分辨的 Faraday/Kerr 旋转角测量技术已经成为自旋探测的主要手段之<br />
一 [70,73,159,161–163,165,180,196–207]。为了更直观地了解自旋演化的过程,人们发展<br />
了基于 Kerr 反射角和 Faraday 旋转角磁光谱测量技术的成像技术 [196, 197, 208] 。图1-<br />
26是 Crooker 等人 [197]给出的清晰而直观的从铁磁电极将电子自旋注入到 n 型 GaAs 材<br />
料中的 Kerr 旋转角图像。<br />
图 1-26: (A)用于成像的 n 型轻掺杂 GaAs 自旋注入器件的显微照片。(B) Kerr 旋转角 θK 的<br />
图像,正的角度表示沿自旋沿 z 方向。源极和漏极之间的电压为 0.4 eV,横向磁场 By =<br />
3.6 Gauss。摘自文献 [197]。<br />
由于纯自旋流不伴随有电荷的流动也不伴随有净磁矩的产生,因此用传统的电学和<br />
光学方法探测起来都比较困难。最近 Wang 等人 [165]就提出了一种利用 Faraday 旋转<br />
角直接探测纯自旋流的方法,如图1-27所示。由于相对论效应引起的价带自旋轨道耦合<br />
会导致入射偏振光与纯自旋流之间发生本征的相互作用。这个作用会引起线偏振和圆偏<br />
振光发生类似于 Faraday 旋转的的双折射 (birefringence) 效应,利用这个效应,可以在<br />
不破坏纯自旋流的情况下直接测量该流。<br />
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