Люминесцентное детектирование неравновесных фононов в полумагнитных квантовых ямах

• Автор: Щербаков, Алексей Валерьевич
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 175 с. : ил

Оглавление
Введение

Глава 1. Методы фононной спектроскопии и спин-фононное

взаи мод ействие

§1.1. Методы физики неравновесных фононов

1.1.1. Генерация и детектирование неравновесных фононов

1.1.2. Спиновый фононный спектрометр

1.1.3. Методы фононной спектроскопии в физике полупроводников

1.1.4. Актуальные направления физики неравновесных фононов

§1.2. Спин-фононное взаимодействие

1.2.1. Магнитный ион во внешнем магнитном поле

1.2.2. Спин-фононное взаимодействие, обусловленное модуляцией электрического поля кристалла
1.2.3. Спин-фононное взаимодействие, обусловленное спин-спиновым взаимодействием магнитных ионов
1.2.4. Эффект «фононного узкого горла»
§ 1.3. Основные свойства полумагнитных полупроводников и
гетероструктур на их основе
1.3.1. Система магнитных ионов
1.3.2. Носители заряда и га взаимодействие с системой
магнитных ионов
1.3.3. Гетероструктуры на основе полумагнитных полупроводников
Глава 2. Разогрев спиновой системы магнитных ионов
неравновесными фононами в полумагнитных квантовых

§2.1. Спиновый фононный спектрометр для полупроводниковых
наноструктур
§2.2 Исследуемые структуры и основные экспериментальные
методы
2.2.1. Гетероструктуры
2.2.2. Генерация неравновесных фононов
2.2.3. Спектры экситонной люминесценции и измерение динамических фононных сигналов
2.2.4. Люминесцентное детектирование фононов в полумагнитных квантовых ямах
2.2.5. Определение температуры спиновой системы в присутствии неравновесных фононов
§2.3. Основные экспериментальные результаты
2.3.1. Динамические сигналы, индуцированные неравновесными
фононами
2.3.2. Температура спиновой системы в присутствии неравновесных фононов
§2.4. Обсуждение полученных результатов
2 А А. Динамические сигналы /Л(і)
2.4.2. Распространение фононов в ОаАя
2.4.3. Характер неравновесного фононного спектра
2.4.4. Зависимость ТДВ) и спектр неравновесных фононов
2.4.5. Возможные механизмы спин-фононного взаимодействия
Основные выводы главы
Глава 3. Исследование спин-решеточной релаксации магнитных
ионов в полумагнитных квантовых ямах (Cd,Mn)Te
§3.1. Спин-решеточная релаксация в полумагнитных полупроводниках - экспериментальные методы и основные теоретические модели
3.1.1. Ранние эксперименты по изучению спин-решеточной релаксации в полумагнитных полупроводниках
3.1.2. Известные модели спин-решеточной релаксации в полумагнитных полупроводниках
§3.2 Исследуемые структуры и экспериментальные методы
3.2.1. Исследуемая структура
3.2.2. Генерация неравновесных фононов
3.2.3. Спектры люминесценции и индуцированные неравновесными фононами сигналы
3.2.4. Измерение времен спин-решеточной релаксации
§3.3. Основные экспериментальные результаты
3.3.1. Индуцированные неравновесными фононами
сигналы и скорость спин-решеточной релаксации
3.3.2. Спектр неравновесных фононов
§3.4. Обсуждение результатов: возможный механизм
спин-решеточной релаксации
Основные выводы главы
Глава 4. Спин-решеточная релаксация магнитных ионов в
легированных полумагнитных квантовых ямах
§4.1. Исследуемые структуры и основные экспериментальные
методы
4.1.1. Легированные квантовые ямы
4.1.2. Оптические свойства структур с двумерным электронным газом

магнито-дипольного взаимодействия. Для пар спинов с 5>1/2, в спектре которых присутствуют высоко лежащие уровни, при высоких температурах особенно эффективным становится орбаховский процесс. Отметим также, что для соседних ионов в кристалле значение О для большинства соединений более, чем на порядок, превосходит магнито-дипольную энергию. Поэтому скорость СРР для такого типа взаимодействий значительно выше, чем для переходов, индуцированных модуляцией магнито-дипольного взаимодействия.
Здесь необходимо отметить еще один момент, касающийся СРР для системы взаимодействующих между собой ионов. В общем случае температура для различных ионов и их комплексов (одиночные ионы, пары и т.д.) может отличаться. Для того, чтобы при рассмотрении процесса спин-фононного взаимодействия можно было ввести общую спиновую температуру всей системы магнитных ионов, необходимо, чтобы процесс установления одинаковой температуры внутри такой системы проходил значительно быстрее СРР. То есть Время СПИН-СПИНОВОГО взаимодействия должно быть
значительно короче времени Для большинства кристаллов при
концентрациях магнитных ионов, при которых механизмы релаксации, связанные с взаимодействием между магнитными ионами, становятся существенными, такое условие выполняется.
1.2.4. Эффект «фононного узкого горла»
При рассмотрении процессов СРР мы считали, что фононная система находится в равновесии с термостатом при температуре Т0, и скорость СРР определяется лишь скоростью передачи энергии от спиновой системы к решетке. Однако это условие не всегда выполняется. При прямом переходе испускаются резонансные фононы, и если время взаимодействия таких фононов с другими фононами или с термостатом велико или сравнимо с временем г5ь то резонансные фононы будут быстро нагреваться до температуры близкой к Т8. После этого объединенная система «спины+фононы» релаксирует к температуре резервуара с постоянной времени