對于極性磁光克爾效應(yīng)(pMOKE)測量封救，樣品被線偏振激光束照射在法向入射下。從表面反射后捣作，偏振面傾斜克爾角θK誉结，這為半導(dǎo)體中自旋積累提供了一種測量方法。在砷化鎵基異質(zhì)結(jié)構(gòu)中券躁，pMOKE是由導(dǎo)帶中自旋極化引起的圓雙折射的結(jié)果惩坑。但是在二維材料結(jié)構(gòu)中的砷化鎵又和塊體砷化鎵所產(chǎn)生的的磁光克爾效應(yīng)有所不同。
二維電子系統(tǒng)中砷化鎵的磁光克爾效應(yīng)
除了本體砷化鎵的自旋注入實(shí)驗(yàn)外也拜，二維電子系統(tǒng)的自旋注入實(shí)驗(yàn)進(jìn)行光學(xué)測量并不像在大塊GaAs樣品上進(jìn)行pMOKE測量那么簡單以舒，因?yàn)?DEG對稱性的降低可能會嚴(yán)重影響光學(xué)選擇規(guī)則，從而影響pMOKE的強(qiáng)度慢哈。事實(shí)上蔓钟，研究表明，在狹窄(約10 nm寬)的GaAs/(Al,Ga)As量子阱(QW)系統(tǒng)中卵贱，約束勢迫使價(jià)帶中重空穴態(tài)的軌道角動量和自旋角動量向垂直于QW平面的面外方向運(yùn)動滥沫。此外，約束提升了Γ-point處重空穴態(tài)和輕空穴態(tài)的簡并性艰赞，將輕空穴帶移至較低能量處(見圖1)佣谐《抢簦考慮到這兩個(gè)因素方妖，只有面外極化重空穴才能促進(jìn)與導(dǎo)電帶電子的復(fù)合過程。這對磁光過程有重大影響罚攀。在平面內(nèi)極化電子的情況下党觅，自旋極化角動量守恒阻止了在具有明確螺旋度的圓偏振光發(fā)射下具有重空穴的電子的復(fù)合。相反斋泄，只有線偏振光才能被探測到杯瞻。
圖1.(Al,Ga)As/ GaAs/(Al,Ga)As量子阱異質(zhì)結(jié)構(gòu)示意圖。Ene表示導(dǎo)電帶中電子的量子化能態(tài)炫掐。enh和Enlh分別是價(jià)帶中重空穴和輕空穴的能態(tài)
在自旋LED實(shí)驗(yàn)中魁莉，通過直接比較電致發(fā)光在頂發(fā)射(電子自旋極化方向垂直于量子阱)和邊發(fā)射(電子自旋極化方向在平面上)的圓極化，驗(yàn)證了這一效應(yīng)。適用于10 nm和15 nm寬的量子阱在邊緣發(fā)射幾何結(jié)構(gòu)中沒有發(fā)現(xiàn)明顯的圓極化旗唁，盡管在頂部發(fā)射中測量到了強(qiáng)烈的信號畦浓。然而，對于寬(體狀)量子阱(d≥50 nm)检疫，在邊緣發(fā)射中甚至可以檢測到圓極化讶请，這表明與窄量子阱相比，由于量子約束減弱屎媳，重空穴自旋獲得了面內(nèi)分量因此夺溢，對于寬GaAs/(Al,Ga)As-QW系統(tǒng)，光學(xué)選擇規(guī)則應(yīng)該仍然允許邊緣發(fā)射中的磁光效應(yīng)烛谊，但與大塊GaAs相比效率降低风响。
如果使用限制在GaAs/(Al,Ga)As界面的二維電子氣體，情況就會發(fā)生變化晒来，就像本實(shí)驗(yàn)中的情況一樣钞诡。在這樣的系統(tǒng)中，只有導(dǎo)帶中的電子被限制在三角形勢阱中;除了界面處的(Al,Ga) as勢壘外湃崩，價(jià)帶中的空穴完全不受限制荧降。因此，在Γ-point處的輕攒读、重空穴的簡并性既沒有提高朵诫，也不存在迫使空穴向面外方向旋轉(zhuǎn)的約束。這些洞會表現(xiàn)得像普通的體積洞薄扁。因此剪返，相對于塊體GaAs, 2DEG中的光學(xué)選擇規(guī)則將在質(zhì)量上保持不變，并且邊緣發(fā)射中的磁光克爾效應(yīng)將顯著邓梅。
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