具体测试对象:
自旋电子学半导体材料(GaAs、InAs、GaN、CdTe等)
稀磁半导体、二维过渡金属硫族化合物、手性钙钛矿
拓扑绝缘体、铁磁/半导体异质结构、半导体量子阱及量子点等
原理:以圆偏振光激发样品,根据光学选择定则在半导体中产生自旋极化载流子,载流子辐射复合发射光子,其圆偏振度与载流子自旋极化率成正比。通过分析发射光的左旋与右旋圆偏振分量强度,获得发射光谱各波长处的圆偏振度。
作用:非接触式探测半导体中光生自旋极化载流子的弛豫与复合动力学,提取自旋弛豫时间、g因子及自旋极化率。可评价材料自旋-轨道耦合对自旋寿命的影响;分析界面与缺陷对自旋的散射机制;为自旋发光器件和自旋光电探测器的材料优化提供关键自旋参量。
样品表面须平坦洁净,以降低散射退偏。衬底在激发与发射波段须透明或已知其光学特性,避免荧光干扰。测试须在低温恒温器中进行以抑制声子散射引起的自旋弛豫,需外加可控磁场分离塞曼效应贡献。激发光圆偏振度须严格校准,收集光路须经偏振传递函数修正。环境须避光。
3.1光学元件退偏效应。
发射光经过低温窗口、透镜及单色仪光栅等元件时,各向异性透射率与应力双折射会改变偏振态,使测得的圆偏振度低于真实值。须使用已知偏振态的标准光源校准收集光路,并通过穆勒矩阵建模校正光路退偏系数,尤其在宽光谱范围内校正因子随波长变化不可忽略。
3.2激发光圆偏振度校准偏差。
四分之一波片延迟量与波长相关,若未逐波长标定,样品处实际圆偏振度偏离理想值,产生的载流子自旋极化率偏低,导致表观自旋弛豫时间被高估。须在样品位置以偏振分析仪测量全波长激发光的斯托克斯参数,并据此修正自旋极化率。

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