31aYH-2 ポンププローブファラデー回転による磁気ポーラロンスピン配向のダイナミクス橋本佑介三野弘文山室智文A 神原大蔵松末俊夫B 嶽山正二郎A 千葉大学大学院自然科学研究科 A千葉大学理学部物理学科 B千葉大学工学部局在化エネルギー Motivation 磁気ポーラロン局在化エネルギー Alloy Potential 5 10 Mn濃度 [%] Mn濃度5%～10%において磁気ポーラロンの局在化エネルギー最大 Alloy Potential の効果、少ない Purpose 低Mn濃度CdMnTe（Mn=5.2%）光誘起ファラデー回転光誘起磁化 Sample Cd1-xMnxTeバルク結晶 x = 5.2% GaAs基盤 Cd1-xMgxTe Cd1-xMnxTe 石英ディスク透過測定を行うためにエッチングを行い GaAs基板を除去光誘起ファラデー回転 F   l 2c (n  n ) n＋：右回り円偏光における屈折率 n－：左周り円偏光における屈折率ｌ：試料の膜厚 ω：角周波数バランス回路実験系 OUT ポンプ光偏光ビームスプリッターサンプル : レーザースペクトル : 吸収スペクトルポンプ光：プローブ光 = 10 : 1 O. D. ポンプ光励起強度：13 nJ / cm2 Intensity プローブ光 736 738 740 742 744 Wavelength [nm] Faraday Rotation [a. u.] Experimental Results  5K  0 5 10 15 Time [ps] ・ポンプ光円偏光の向きを変えると、偏光面の回転の方向も反転・数百フェムト秒およそ８ピコ秒の二つの緩和過程 Laser spectrum フーリエ変換スペクトルフィルターグレーティングミラーレンズミラースリットプローブ光 Intensity O. D. : 吸収スペクトル 1s 励起子共鳴エネルギー 740nm : ポンプ光 : プローブ光半値幅ポンプ光：2.8nm プローブ光：0.7nm 736 738 740 742 744 Wavelength [nm] 5K Rotation Angle [arb. Units] Absorption 1s 励起子共鳴波長（740nm）吸収スペクトルファラデー回転 736 738 740 742 744 Wavelength [nm] 共鳴波長において最大の回転角をもつ波長依存性ローレンツモデルを用いた解析 J=+1 J=－1 円偏光励起スピン偏極状態共鳴波長 ω0+ ≠ ω0− σ+ 線幅 γ＋ ≠ γ− σ− 振動子強度 f＋≠f− n＋およびn－を計算ローレンツモデルを用いると   f  n   Re   2 2  0    i   F   l 2c (n  n ) Rotation Angle [arb. units] 1s励起子共鳴波長共鳴波長 ω0+≠ ω0− ○ 0 0 線幅 γ+≠γー 0 振動子強度 f +≠ f ー × × Wavelength [nm] 共鳴波長において最大の回転角を持つFR信号 σ＋状態とσ−状態の共鳴エネルギーが分離光誘起磁化により生じたゼーマン分裂 Intensity Temperature dependence 測定条件 : 吸収スペクトル : ポンプ光（分光有り） 736 738 740 742 744 Rotation Angle [arb. Units] : プローブ光（分光無し） 0 20 Wavelength [nm] 40 60 Temperature [K] 時間分解発光測定から磁気ポーラロンが観測されている40K以下においてFR信号増加磁気ポーラロンによる光誘起ファラデー回転信号 Summary ・低Mn濃度CdMnTeにおける光誘起ファラデー回転を観測した。・光誘起ファラデー回転が1s励起子共鳴エネルギーに最大の回転角を示す、顕著な波長依存性を持つ事を見出した。・光誘起ファラデー回転のプローブ波長依存性を、1s 励起子共鳴エネルギーの分離を考えることにより再現した。 Acknowledgement 本実験系開発にあたり様々なアドバイスを頂いた、東工大の南不二雄教授、黒田隆助手、ならびに、通信総合研究所の三森康義博士に感謝の意を表します。 100 : 5K : 20K : 53K 10 1 0.1 0 10 20 Time [ps] Lifetime [ps] Faraday Rotation [arb. Units] Life time 10 9 8 7 6 5 0 20 40 60 Temperature [K] Rotation Angle [Arb. Units] Transmission Temperature dependence : 1.4K : 5K : 25K : 70K 738 740 742 744 Wavelength [nm] 746 Intensity [Arb. Units] 非対称成分 0 20 40 60 Intensity [Arb. Units] Temperature [K] : 1.4K : 5K : 25K : 70K 738 740 742 744 Wavelength [nm] 746