對(duì)于極性磁光克爾效應(yīng)(pMOKE)測(cè)量甜滨，樣品被線偏振激光束照射在法向入射下乐严。從表面反射后，偏振面傾斜克爾角θK衣摩，這為半導(dǎo)體中自旋積累提供了一種測(cè)量方法昂验。在砷化鎵基異質(zhì)結(jié)構(gòu)中，pMOKE是由導(dǎo)帶中自旋極化引起的圓雙折射的結(jié)果艾扮。
塊體砷化鎵中的磁光克爾效應(yīng)
塊體GaAs中pMOKE的起源可以通過(guò)考慮導(dǎo)帶中自旋向上和自旋向下狀態(tài)的不均勻占據(jù)來(lái)理解既琴，如下側(cè)圖1所示。導(dǎo)帶中的自旋不平衡導(dǎo)致兩個(gè)自旋居群的費(fèi)米能級(jí)存在差異泡嘴。這對(duì)于能量接近帶隙能量的光子的吸收有重要的影響甫恩。能量?jī)H略高于Eg的光子只能激發(fā)躍遷進(jìn)入自旋下子帶。躍遷到自旋向上子帶只有在光子具有較大能量時(shí)才有可能酌予。
圖1.左:大塊砷化鎵中左圓偏振光(lc)和右圓偏振光(rc)的光躍遷磺箕，從重帶(hh)和光孔帶(lh)躍遷到導(dǎo)帶。右:計(jì)算出n↑= 1.5·1017 cm?3和n↓= 0.5·1017 cm?3的吸收光譜抛虫。α0表示非極化情況下的吸收松靡。
此外，躍遷必須遵守砷化鎵中的偶極子選擇規(guī)則建椰。因此知牌，兩個(gè)圓形光模式只能耦合到某些過(guò)渡叉趣。例如削饵，左圓偏振光可以激發(fā)從重空穴帶到自旋向下子帶的躍遷柱锹，但不能激發(fā)從重空穴帶到自旋向上子帶的躍遷啼肩。綜上所述亭敢，導(dǎo)帶的自旋不平衡結(jié)合光學(xué)選擇規(guī)則倚喂，導(dǎo)致左右圓偏振光的吸收光譜如圖1右側(cè)所示嫁乘。計(jì)算曲線清楚地揭示了兩種圓光模式吸收系數(shù)的光譜依賴性不同蹦浦，即系統(tǒng)對(duì)左右圓偏振光表現(xiàn)出不同的響應(yīng)扭吁。這表明，導(dǎo)帶中的自旋極化誘導(dǎo)了圓形雙折射盲镶，因此侥袜，兩種圓形光模式在通過(guò)半導(dǎo)體傳播時(shí)經(jīng)歷了不同的相移，這導(dǎo)致入射線偏振光的偏振面旋轉(zhuǎn)溉贿。
圖2. 4.2 K時(shí)n↑= 1.5·1017 cm?3和n↓= 0.5·1017 cm?3的Kerr旋轉(zhuǎn)譜
圖2為根據(jù)圖1的吸收系數(shù)計(jì)算得到的克爾旋轉(zhuǎn)光譜期望值枫吧。克爾旋轉(zhuǎn)僅在砷化鎵帶隙附近是非零的宇色。此外九杂，在頻譜的中間存在一個(gè)符號(hào)反轉(zhuǎn)颁湖。這表明正確的光子能量的選擇對(duì)GaAs中pMOKE測(cè)量起著至關(guān)重要的作用。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)例隆，不同樣品的克爾旋轉(zhuǎn)光譜略有不同甥捺。因此，在n-GaAs樣品上進(jìn)行pMOKE測(cè)量的第1步是優(yōu)化探針激光束的光子能量镀层。zui重要的是镰禾，對(duì)于一個(gè)固定的光子能量，克爾旋轉(zhuǎn)角θK與GaAs導(dǎo)帶的自旋積累μs成正比唱逢，只要電子自旋極化不太大(Pn≤20%)吴侦。由于本工作中體自旋注入實(shí)驗(yàn)總是如此，θK直接反映了自旋積累μs惶我。
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