III-V族磁性半導体ヘテロ構造の光キャリア誘起磁性

III-V族磁性半导体异质结构中的光载流子感应磁性

• 批准号: 12750021
• 负责人: 大岩 顕
• 金额: $ 1.41万
• 依托单位: Kanagawa Academy of Science and Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 2000
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2000 至 2001
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-12750021/
• 关键词: III-V族磁性半導体; キャリア誘起磁性; スピン偏極キャリア注入; 磁化方向制御; スピントロニクス; III-V族希薄磁性半導体; 磁化反転過程制御; 光キャリア誘起磁化; 円偏光励起

平成13年度は、光キャリア誘起磁性の新しい側面として、円偏光励起によって強磁性強磁性半導体の磁化方向が変化するという新現象を見出し詳細な実験を行った。さらにその過渡応答測定するため測定系の構築を行い、当年度に幾つか重要なデータを得ることができた。これらは磁場を使わない強磁性体磁化反転技術へと繋がるスピントロニクスにとって重要な知見である。1.円偏光照射による強磁性半導体(Ga, Mn)Asの磁化方向制御III-V族磁性半導体では価電子帯と磁性原子のd状態とが強く混成していることが強磁性の発現にとって重要である。円偏光で生成されたスピン偏極した非平衡キャリア(電子・正孔)がこの強い結合を介して、キャリアのスピン偏極に応じた方向へMnを配向させると予測し、これを電気伝導と磁気光学の測定により観測した。励起光エネルギーがバンドギャップよりも低いばあい、円偏光誘起磁化は観測されていない。このことは観測した光誘起磁化が光励起で生成された非平衡キャリアによるものであることを示している。光誘起磁化の大きさは励起強度に比例し、実験の範囲では飽和磁化の15%にも及ぶ大きな磁化変化が観測された。この光誘起磁化には光を切った後も記憶効果が観測されている。この記憶効果は高磁場下や転移点よりも高温で観測されなことから強磁性結合を感じるMnの反転が、磁区を単位とした集団的な反転へ発展していく過程が存在することが示唆されることを明らかにした。2.円偏光誘起磁化の時間分解ファラデー回転測定上記の円偏光誘起磁化のメカニズムを解明するために、ファラデー回転を測定して、円偏光励起による磁化変化の過渡応答を調べた。これまでのところ、非常に早い磁化の立ち上がりが観測され、磁気ポーラロンの生成による磁化ではないことが分かった。またファラデー回転の緩和は20ps程度の早い部分と100ps以上にわたって起こる長い成分とが観測されており、円偏光誘起磁化のともに光照射によってキャリア濃度が増加したために起こるキャリア誘起磁性が観測されたと考えている。

在2001年，我们发现了一种新现象，其中铁磁铁磁半导体的磁化方向因圆形极化激发而变化，这是光载体引起的磁性磁性的新方面，并进行了详细的实验。此外，构建了一个测量系统来测量瞬态响应，并在当前财政年度获得了一些重要数据。这些是Spintronics的重要发现，它导致不使用磁场的铁磁磁化反演技术。 1。铁磁半导体（GA，MN）的磁化方向控制，如IIII-V磁性半导体中的圆极化光的照射，价带和磁原子的D状态以铁磁特性形式强烈混合。据预测，由圆极化光产生的自旋极化非平衡载体（电子和孔）将沿该强键通过载体的自旋极化的方向定向MN，并且通过测量电导电导和磁磁性的测量来观察到这一点。如果激发光能低于带隙，则未观察到圆极化的光诱导的磁化。这表明观察到的光诱导的磁化是由于光激发产生的非平衡载体。在实验范围内观察到了光诱导的磁化强度的大小与激发强度成正比，并且在实验范围内观察到了较大的磁化变化，超过了饱和磁化的15％。即使切开光线后，这种光诱导的磁化强度也具有记忆效果。在高磁场或高于过渡点的温度下观察到这种记忆效应，并且已经表明，有一个过程，其中Mn的反转感知铁磁耦合，将基于磁性域的集体反转发展为集体反转。 2。圆形极化引起的磁化化的时间分辨法拉第旋转测量，以阐明上述循环极化诱导的磁化的机制，测量了法拉第旋转以检查由循环极化激励引起的磁化变化的瞬态响应。到目前为止，已经观察到了非常快速的磁化化升高，并且发现由于磁极的产生而不是磁化。此外，在约20 ps的一部分中观察到了法拉第旋转的松弛，并且发生在100 ps以上的长成分，并且人们认为，由于光照射引起的载体浓度的增加，已经观察到圆形极化的光诱导的磁化和载体诱导的磁化。

项目成果

A.Oiwa, T.Slupinski, H.Munekata: "Control of magnetization reversal process by light illumination in ferromagnetic semiconductor heterostructure p-(In, Mn)As/GaSb"Applied Physics Letters. 78. 518-520 (2001)

A.Oiwa、T.Slupinski、H.Munekata：“铁磁半导体异质结构 p-(In, Mn)As/GaSb 中光照射控制磁化反转过程”应用物理快报。

大岩 顕: "光で磁性を制御する -光磁性半導体の新しい展開-"応用物理. 71. 47-51 (2002)

Akira Oiwa：“用光控制磁性 - 磁光半导体的新发展 -”应用物理学 71. 47-51 (2002)。

A.Oiwa, Y.Mistumori, R.Moriya, T.Slupinski, H.Munekata: "Effect of optical spin injection on ferromagnetically-coupled Mn spins in III-V magnetic alloy semiconductor (Ga, Mn)As"Physical Review Letters. (発表予定).

A.Oiwa、Y.Mistumori、R.Moriya、T.Slupinski、H.Munekata：“光学自旋注入对 III-V 磁性合金半导体 (Ga, Mn)As 中铁磁耦合 Mn 自旋的影响”物理评论快报。 （预定公布）。

A.Oiwa, T.Slupinski, H.Munekata: "Effect of light illumination on the process of magnetization reversal in carrier-induced ferromagnetic semiconductors"Physica E. 10. 201-205 (2001)

A.Oiwa、T.Slupinski、H.Munekata：“光照射对载流子感应铁磁半导体磁化反转过程的影响”Physica E. 10. 201-205 (2001)

A.Oiwa,T.Slupinski,and H.Munekata: "Effect of light illumination on the process pf magnetization reversal in carrier-induced ferromagnetic semiconductors"Physica E. (発表予定).

A. Oiwa、T. Slupinski 和 H. Munekata：“光照射对载流子感应铁磁半导体中磁化反转过程的影响”Physica E.（待提交）。