半导体中磁性离子量子态的探测与调控

计划利用磁光光谱（主要是磁场下稳态克尔光谱和时间分辨克尔旋转谱）来研究如何有效地探测和操控半导体材料中磁性离子的量子态。利用分子束外延生长技术和纳米加工技术可以在半导体材料中安置分布非常稀疏的磁性杂质离子，比如在异质结界面处的二维空穴气中、在界面起伏量子点里或自组织生长的量子点里添加磁性杂质离子；通过微区光谱的方法探测二维空穴气或量子点的光学性质，特别是磁光光谱随着样品平面内的磁场方向和大小的变化关系，就可以反映出磁性杂质原子量子态的性质；通过微细加工技术实现的栅极或平面微波波导，有可能对磁性杂质离子的量子态进行适当的操控。

我们半导体中电子自旋、核自旋以及磁性离子的量子态，以及一些铁磁性薄膜的磁性质。搭建了带有平面内可任意旋转磁场的时间分辨克尔旋转谱测量系统，并研究了GaAs/AlGaAs 量子阱在平面内不同磁场方向下的自旋动力学过程，发现朗德g 因子在（110）取向生长的GaAs/AlGaAs量子阱中存在显著的各向异性。在高迁移率二维电子体系中，观察到了光学诱导的核磁共振。通过在固定的外磁场下扫描调频率，不仅观察到了69Ga、71Ga、75As、27Al等元素的核磁共振信号，还观察到了这些核素的多重共振。建立了用于脉冲磁场中的磁光克尔测量系统，磁场强度达到10T，研究了半导体GaAs衬底上Fe、MnAs、CoMnAl和CoFeAl等磁性薄膜的磁光特性以及磁化动力学过程。详细研究了在不同氧化层和铁磁层厚度情况下， 底层CoFeB/AlOx/Ta 结构和顶层AlOx/CoFeB/Ta 结构中的垂直磁各向异性。研究还发现不同的氧化层和铁磁层厚度均会影响层间界面相互作用的强度， 从而导致结构的垂直磁化曲线矫顽力大小发生改变。