Введение к работе
Актуальность темы.
Полумагнитные полупроводники (ПМП) за последнее десятилетие выделились в особый класс полупроводниковых материалов. Ежегодно публикуются десятки работ по физике ПМП, проводятся конференции, специально посвященные этим веществам. Специфика ПМП заключается в сочетании типичных свойств полупроводниковых твердых растворов с аномально яркими магнитными свойствами. Присущая твердыи растворам технологическая гибкость и обусловленная сильной обменной связью магнитных ионов с зонными носителми заряда возможность 'управления энергетическим спектром носителей при помощи магнитного поля делают ПМП перспективными для приборных применений.
В классе полумагнитных систем можно выделить два подкласса: узкозонные (бесщелевые) и широкозонные ПМП. При этом условно основными сферами исследовательской активности являются: в отношении первых гальваномагнитные свойства, в отношении вторых - магнитооптика. Твердые растворы ряда Cdi.xMnvTe - типичные представители широкозонкых ПМП.
Достигнутые в последние годы успехи МВЕ-технологии полупроводников А^В41 позволили получить качественные гетеропереходы и структуры пониженной размерности с полумагнитными слоями. Это позволяет надеяться на создание новыч ог.тоэлектронных приборов на базе ПМП - ь частности, элементов памяти с оптической записью и считыванием, полупроводниковых перестраиваемых лазеров. Поэтому актуачыюй задачей является исследование магнитооптических свойств подобных структур и лежащи* в их основе спиновых взаимодействий.
Обменное взаимодействие носителей с магнитными ионами в ПМП служит источником ряда необычных для традиционных полупроводников явлений. При достаточно низких температурах оно, в частности, приводит к образованию магнитных поляронов - областей ферромагнитного упорядочения спинов магнитных ионов в пределах радиуса локализации носителя (экситона). В твердых растворач CdMnTe с большим солгржаннем марганца краевая люминесценция пост могнитополяронный характер. В диссертации получеиь экспериментальные свидетельства того, что магнитооптика кристаллов ПМП при низких температур;:» существенным образом определяется структурой поляронного состояния и взаимодействием поляронов с магнитным полем. Особый интерес представ.::!-.-: вопрос о влиянии на полярон фазового перехода парамагнетик - спиновое сгск.ча. Указанный круг вопросов изучается в Главах III и IV.
»
Одним из наиболее информативных методов исследования спиновой динамики полупроводников является метод оптической ориентации спинов. Он позволяет получать информацию о зонной структуре, временах жизни и спиновой релаксации носителей заряда и экситонов, реализозывать условия нелинейной динамики спиновой системы ч т.д. Однако попьпки применения метода оптической ориентации к ПМП встречали трудности принципиального характера. В диссертации указаны возможные пути преодоления этих трудностей и сообщается о первом наблюдении эффекта оптической ориентации в структурах с полумагнитными слоями (ГлаЕа V).
Все вышесказанное определяет актуальность темь; диссертационной работы, целью которой явилось изучение связи магнитооптических свойств твердых растворов ПМП с различными аспектами присущего этим системам структурного и магнитного беспорядка.
Научная новизна работы заключается в том. что в ней впервые: - исследовано ориентирующее действие слабого магнитного поля на ансамбль экситонных магнитных поляронов. Обнаружена смена фактора, лимитирующего степень поляризации излучения полярснного ансамбля;
-обнаружена резкая кубическая анизотропия степени поляризации фотолюминесценции, указывающая на существование анизотропных корреляций в системе решеточных спинов;
-объяснена характерная спектральная зависимость эффекта оптически индуцированной поляризации люминесценции и выявлены причины отсутствия эффекта при возбуждении линейно'поляризованным светом;
-выявлены два канала спиновой релаксации экситоьов, возбужденных на неосновных певуровнях зееманоаского мультинлета во внешнем магнитном ноле, показано, что сравнительная эффективность втих каналов зависит от величины поля;
-обнаружена оптическая ориентация экемтонов в квактоных ямах с полумагнитными барьерами, исследована раздельная деполяризация электронов и дырок в поперечном магнитном голе.
Научная и практическая значимость работы состоит в том. что в ней получен ряд экспериментальных и теоретических результатов, описывающих макроскопические проявления характерного для ПМП комплекса спиновых взаимодействий.
На зашиту выносятся следующие основные положения:
1. При гелиевых температурах в слабом магнитном поле поляризация экситоннон
фотолюминесценции твердых растворов CdMnTe с большим содержанием марганца
вызывается несферичностью распределения ансамбля экснтомных магнитных
поляронов по направлениям магнитного момента. В общем случае это распределение
не облазает и аксиальной симметрией.
2. Модель среды со скрытой анизотропией экситонных состоннп адекватно
описывает круг явлений оптически индуцированной поляризации фотолюминес
ценции, возникающих при селективном возбуждении локализованных экситонов в
спиновых стеклах CdlMnTe.
3. В спиновых стеклах CdMnTe сравнительная эффективность каналов релаксации
локализованных экситонов с неосновных спиновых подуровней в продольном
магнитном поле зависит от величины поля: в сильных полях доминирует упругий
процесс с туннелированием экситона, в слабых - неупругая релаксация без изменения
пространственной локализации.
А. В формировании дублетного экситонного спектра ФЛ квантовых ям CdTe/CdMnTe важную роль играет динамика локализации носителей. 5. В квантовых ямах CdTe/CdMnTe в стационарных условиях наблюдается оптическая ориентация экситонов. В широ-нх (80 А) ямах вклад в поляризацию ФЛ вносят как электроны, так и дырки. Эффект Ханле - деполяризация ФЛ в поперечном магнитном поле - происходит в две ступени. В слабых полях деполяризуются электроны, в более сильном поле смешивание состояний дырочных подзон приводит к деполяризации дырок.
Апробация работы: Основные результата диссертации докладывались на I и I! Российских конференциях по физике полупроводников (Нижний Новгород. 1993 II Зеленогорск, 1996). на ХХП и XXIII Международных конференциях по фишке полупроводников (Ванкувер, 194 и Берлин, 1996), на Международном симпозиуме "Гетероструктуры в науке и технике" (Вюрцбург, 1495), на 15-ii Генер.пып-ч! конференции Отделения конденсированных сред Европейского фіІЗИЧеі'КОІі) общества (Бавено-Стреза, 1996), на XXIII Международном симпозиуме in-полупроводниковым соединениям (Санкт-Петербург, 1996), а также на сем.ш.ір.іх лабораторий ФТИ им.Иоффе.
Публикации. Основные результаты диссертации опуаликованы в десяти печатных работах [1-1 С], перечень которых приведем в конце автореферата. Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из веєдєния. пяти глаз, заключения и списка цитированной литературы из У2 наименований. Объем диссертации - 119 страниц, включая 45 рисунков и 1 таблицу.
