在真空中，光不受磁刺激的影響。但使用偏振光來檢查不同係統的磁光特性有很長的曆史，特別是在過去的幾十年裏，這些原理已經被国产成人在线观看免费网站到半導體(ti) 中，作為(wei) 在這些係統中定向、進動、注入和檢測自旋的一種手段。通過利用光的力量，磁光技術可以用來研究和控製像銦這樣的低維係統的自旋特性。
磁光技術研究半導體(ti) 中的光自旋動力學
在1846年，邁克爾·法拉第發表了他對線偏振光在平行介質中傳(chuan) 播時旋轉的觀察磁場。1923年，Robert W. Wood和Alexander Ellett發表了關(guan) 於(yu) 汞原子在橫向磁場中發光去極化的觀測結果。前者被稱為(wei) 法拉第效應，後者被稱為(wei) 漢勒效應。在前人的研究和Alfred Kastler的工作基礎上，R.R Parson在20世紀60年代末證明了III-V型半導體(ti) GaSb中的光誘導自旋取向。Alfred Kastler幫助確立了氣體(ti) 中光誘導自旋極化的基本原理。這是通過一個(ge) 非常簡單的測量來完成的，用圓形偏振光泵浦，測量圓形發光。1971年，克勞迪·赫爾曼和喬(qiao) 治·蘭(lan) 佩爾用偏振光和磁場測量了GaSb中電子的自旋進動。這兩(liang) 項關(guan) 於(yu) GaSb的初步研究激發了半導體(ti) 領域的光學取向(OISO)。
穩態測量
或許，研究半導體(ti) 中OISOzui簡單、zui有效的方法是穩態偏振光致發光(PL)測量。通常，這是通過使用連續波(cw)來實現的，平麵內(nei) 圓偏振光源具有接近帶隙能量分離的光子能量。這將在半導體(ti) 中產(chan) 生淨非平衡自旋取向具有適當的自旋偏振光學躍遷的係統。當係統鬆弛時，會(hui) 有一個(ge) 優(you) 先的自旋方向，這將表現為(wei) PL中兩(liang) 個(ge) 圓螺旋度(I+(−))之間的強度差。通過計算圓極化度，可以直接讀出自旋極化，P = (I+−I−)/(I+ + I−)。描述半導體(ti) P的穩態速率方程為(wei) ：
式中P0為(wei) 激發時圓偏振度。τr和τs分別為(wei) 複合壽命和自旋壽命。這種極化可以在磁場中進一步研究。事實上，對於(yu) 相對於(yu) 樣品施加的麵外場，塞曼效應將分裂自旋水平。這導致讀出偏振不平衡，即使是線偏振光，這一結果可用於(yu) 研究磁場與(yu) 材料中載流子自旋的耦合程度。
注意，複合壽命與(yu) 自旋壽命的比值決(jue) 定了在半導體(ti) 係統中觀察光學取向的能力。隨著比值的增大，P的量減小。這就是這種測量方法的局限性，如果τs≪τr，這種測量方法就不適合研究半導體(ti) 係統中的光學自旋特性。
時間分辨測量
使用脈衝(chong) 激光的時間分辨研究可以繞過穩態測量的限製，允許直接測量係統中的載流子動力學。時間分辨光致發光(TRPL)和瞬態反射(TR)是半導體(ti) 中載流子複合動力學的兩(liang) 種常用的時間分辨方法。第1種方法需要脈衝(chong) 激光和電子設備，同步，在時間上，入射脈衝(chong) 觀察到PL的衰減，而第二需要兩(liang) 個(ge) 脈衝(chong) 光束，泵浦和探頭，其中探頭強度的變化，在兩(liang) 個(ge) 光束之間的時間延遲，給出了載流子壽命的信息。
圖1.時間分辨Kerr旋轉的三維圖解。黃光脈衝(chong) 為(wei) 泵浦脈衝(chong) ，為(wei) 圓偏振，綠光脈衝(chong) 為(wei) 探針脈衝(chong) ，為(wei) 線偏振。這兩(liang) 個(ge) 脈衝(chong) 在時間上是分離的，因此可以通過線極化探針的旋轉提取自旋係統的時間動力學。
現在，為(wei) 了研究自旋動力學，極化TRPL需要類似於(yu) 穩態極化PL測量的設置，而自旋敏感泵浦探測方法需要與(yu) TR不同的設置。時間分辨克爾旋轉(TRKR)是測量半導體(ti) 自旋動力學zui靈敏的方法之一。圖1展示了這種技術。圓偏振脈衝(chong) 光泵出非平衡自旋不平衡(黃色)。當自旋居群鬆弛到平衡時，相對於(yu) 泵浦具有時間延遲的線極化探針脈衝(chong) (綠色)通過其線極化軸的克爾旋轉角θK來監測弛豫。克爾旋轉類似於(yu) 法拉第旋轉。
兩(liang) 者的區別在於(yu) 探測光束是反射(克爾)還是透射(法拉第)。TRKR已被用於(yu) III-V型半導體(ti) 和TMDs的自旋性質研究，是磁光研究的有效工具。
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