ニヤフィールドによる微小空間・時間分解・共鳴吸収測定装置の開発とその応用

近场微空间/时间分辨/共振吸收测量设备研制及其应用

基本信息

批准号：
11231203
负责人：
長坂啓吾
金额：
$ 36.42万
依托单位：
Tokyo University of Science
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas (B)
财政年份：
1999
资助国家：
日本
起止时间：
1999 至 2001
项目状态：
已结题

项目摘要

(1)低温MBEで作られた強磁性を示す半導体Ga_<1-x>Mn_xAs(x=0.034,x=0.050)のTHz分光測定(0.1〜1000THz)研究から(a)Mn不純物状態(b)Mn不純物伝導と(c)強磁性相転移の研究が進められた。(a)GaAs中のMn不純物をMn^<2+>+hole : acceptorと考えると、赤外分光からアクセプタのイオン化エネルギーは113meVであり、central cell correctionを導入すると有効ボーア半径はa_B=6Aとなり、格子定数と同程度である。一方有効質量近似によれば、有効ボーア半径は21Å、イオン化エネルギーは26meVである。そのためGaAs : Be(N_<Be>=1.8x10^<19>cm^<-3>)の試料では、MI転移を起こしlower Hubbard bandを形成し、0.1〜300THz域でDrude則が観測されている。しかしながら、Ga_<1-x>Mn_xAs(x=0.034,x=0.050)では、0.1〜30THz域にhopping伝導が、15〜300THz域にMn^<2+>+hole : acceptorの水素様電子状態間の遷移などの吸収が観測されている。それらの吸収線幅はMn濃度に伴い広がっている。(b)不純物伝導については、この試料ではGaとAsのantisiteはdonorsを作り、補償比_κ=0.7程度である。またa_B=6Aと経験則(2.78a_B)^3n_C=1で決めたMI転移の臨界濃度はn_C=2.7x10^<20>cm^<-3>であり、上記試料の中性Mn acceptor濃度は〜10^<20>cm^<-3>程度であり、僅かに低い。したがって、中性Mn acceptorA^0からイオン化Mn acceptorA^-へと正孔がvariable range hopping伝導していると考えられる。(c)このhopping伝導によるTHz波吸収の温度変化は、強磁性相転移時の磁化の温度変化と良い対応を示した。上記の結果を総合すると試料の強磁性相転移はp-d交換相互作用によるものであると結論している。(2)1992年のZhangとAustonの研究によれば、n-InAs,n-InP,n-GaAsなどに波長〜0.8μmを中心とする超短パルスレーザ照射によりTHz発光が観測さる。この機構解明のため、結晶の性質を考慮した実験がなされ、分極電流の変化、発生したTHz波の性質を克明に分析した。(3)1次元アダマールマスクによる共鳴1次元画像測定を試みている。

(1) 低温MBE制备的铁磁半导体Ga_<1-x>Mn_xAs (x=0.034,x=0.050)的太赫兹光谱(0.1-1000THz) (a) Mn杂质态 (b) Mn杂质传导研究(c)发生了铁磁相变。 (a)将GaAs中的Mn杂质视为Mn^<2+>+空穴：受主，从红外光谱来看受主的电离能为113meV，当引入中心盒校正时，有效玻尔半径变为a_B=6A。，与晶格常数相当。另一方面，根据有效质量近似，有效玻尔半径为21 Å，电离能为26 meV。因此，在GaAs：Be(N_<Be>=1.8x10^<19>cm^<-3>)样品中，发生MI跃迁并形成下哈伯德带，并且在0.1至300 THz区域观察到德鲁德定律.然而，在Ga_<1-x>Mn_xAs（x=0.034，x=0.050）中，跳跃传导发生在0.1-30 THz区域，并且在Mn^<2++>+空穴的类氢电子态之间：受主在 15-300 THz 区域观察到了诸如跃迁的吸收。它们的吸收线宽度随着锰浓度的增加而变宽。 (b)关于杂质传导，在该样品中，Ga和As的反位形成施主，补偿比约为_κ=0.7。另外，由a_B=6A和经验规则(2.78a_B)^3n_C=1确定的MI转变的临界浓度为n_C=2.7x10^<20>cm^<-3>，以及上述中性Mn受体浓度样本〜10^<20>cm^<-3>，略低。因此，认为空穴以可变范围跳跃的方式从中性Mn受体A^0传导至电离Mn受体A^-。（c）由于跳跃传导引起的太赫兹波吸收的温度变化与铁磁相变期间磁化强度的温度变化表现出良好的对应性。结合上述结果，我们得出结论，样品的铁磁相变是由于p-d交换相互作用所致。 (2) 根据Zhang和Auston 1992年的研究，当用中心波长~0.8 μm的超短脉冲激光照射n-InAs、n-InP、n-GaAs等时，观察到太赫兹发射。为了阐明这一机制，进行了考虑晶体特性的实验，并详细分析了极化电流的变化和产生的太赫兹波的特性。 (3)尝试使用一维Hadamard掩模进行共振一维图像测量。