PowerPoint プレゼンテーション

7pPSA-71
CdMnTe低Mn濃度領域における
磁気ポーラロン
The Magnetic Polaron in Low Mn Concentration
regime of Cd1-xMnｚxTe
橋本佑介、三野弘文、嶽山正二郎A
千葉大学大学院自然科学研究科
千葉大学理学部A
Motivation
低Mn濃度CdMnTeにおいては
・Alloy Potential による影響が減少
・Mn同士の反強磁性的結合による影響が減少
Mn
反強磁性的結合
磁気ポーラロンが形成されやすいと考えられる
低Mn濃度CdMnTeにおける磁気ポーラロンを研究
１、吸収スペクトルと発光スペクトルの比較
磁気ポーラロン
が形成されると、
吸収のピークエ
ネルギーと発光
のピークエネル
ギーに大きな差
が生じる
伝導体
吸収
励起子準位
磁気ポーラロン形成
発光
価電子帯
２、光誘起ファラデー回転を観測する
Sample
Cd1-xMnxTe x = 0.7%
x = 2.8%
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基板を除去した
Experiment
吸収スペクトル
測定装置：分光光度計
4.2K
9K
Absorption [Arb. Units]
13K
16K
20K
25K
30K
36K
40K
45K
50K
55K
60K
65K
70K
1.660
1.670
Energy [eV]
1.680
発光スペクトル
減光フィルター
Ar レーザーダイレーザー
励起波長
628 nm
CCDカメラ
試料
分光器
パソコン
4.2～70K
Photoluminescence [Arb. Units]
試料：CdMnTe (x = 5.2%)
4.2K
9K
15K
20K
25K
30K
35K
40K
45K
50K
1.64
1.65
1.66
1.67
1.68
Energy [eV]
1.69
1.70
Analysis
Photoluminescence
実験結果
ベースライン
吸収スペクトルおよび発光
スペクトルにフィッティング
を行い、各々のピークエネ
ルギーをもとめた
Absorption [Arb. Units]
Energy
ピーク位置
1.600
1.605
1.610
1.615
Energy [eV]
x = 0.7 %
1.615
1.610
1.605
Peak Energy [eV]
Peak Energy [eV]
吸収スペクトルのピークエネルギー ▲
および
発光スペクトルのピークエネルギー ●、■
x= 2.8 %
1.645
1.640
1.635
1.600
0
10
20
30
40
50
0
10
15K以下において、
発光のレッドシフ
トを観測
20
30
40
50
Temperature [K]
Peak Energy [eV]
Temperature [K]
1.675
x = 5.2 %
1.670
1.665
1.660
磁気ポーラロン効果！？
0
10
20
30
Temperature [K]
40
50
Faraday Rotation
ファラデー回転は誘電体中を直線偏光が透
過したときにその偏光面がファラデー回転角
θFだけ回転する現象である。
F  
θF
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
: Laser
: Absorption
hh
Balancing unit OUT
1.660
1.665
1.670
1.675
1.680
Pump beam
(circularly polarized)
Polarization beam splitter
Sample
Probe beam
(linear polarized)
Faraday Rotation [Arb. Units]
温度変化
5
0
-5
: 1.4K
: 10K
: 20K
: 40K
-10
0
10
20
30
Time [ps]
Sample : CdMnTe (x = 5.2%)
10
-2
Exciton density : 8.5x10 [cm ]
Faraday Rotation [Arb. Units]
σ＋およびσ－円偏光における信号の差
ポンプ光円偏光の向きに対称な成分
6
このエリアでフィッティング
4
2
ノイズが大きい
0
0
10
20
30
Intensity [Arb. Units]
Time [ps]
フィッティング結果
3
強度
2
1
0
0
10
20
30
40
50
60
Intensity [Arb. Units]
Intensity [Arb. Units]
Temperature [K]
12
10
8
6
寿命
4
2
0
10
20
30
40
Temperature [K]
50
60
0.8
ベースラインの強度
0.6
0.4
0.2
0.0
-0.2
0
10
20
30
40
50
Temperature [K]
60
Faraday Rotation [Arb. Units] Faraday Rotation [Arb. Units]
σ＋およびσ－円偏光における信号の和
ポンプ光円偏光の向きに非対称な成分
1.4K
5
60K
0
40K
5K
-5
10K 20K
-10
0
10
20
30
Time [ps]
: Positive decay
: Negative decay
5
0
-5
10
20
30
40
Temperature [K]
50
60
Faraday Rotation [Arb. Units]
ベースラインの補正
この値をベー
スラインとして
減算
4
2
0
-2
-4
-6
-8
0
10
20
Time [ps]
補正後
Faraday Rotation [arb. units]
10
8
: 1.4K
: 15K
6
4
2
0
-2
-4
0
10
20
Time [ps]
30
30
Faraday Rotation [Arb. Units]
σ＋およびσ－円偏光における信号の和
（ベースライン補正後）
: 1.4K
: 10K
: 20K
: 40K
6
4
2
0
-2
0
10
20
30
Faraday Rotation [Arb. Units]
Time [ps]
3.0
2.5
2.0
1.5
1.0
0.5
0.0
10
20
30
40
Temperature [K]
50
60
Faraday Rotation [Arb. Units]
σ＋およびσ－円偏光における信号の差
（ベースライン補正後）
12
10
: 1.4K
: 15K
8
6
4
2
0
-2
0
10
20
30
Intensity [Arb. Units]
Time [ps]
3
2
1
0
10
20
30
40
Temperature [K]
50
60
Faraday Rotation [Arb. Units]
σ＋およびσ－円偏光における信号の差
（ベースライン補正後）
Short decay region
15
: 1.4K
: 5K
: 10K
: 20K
: 40K
10
5
0
-1.0
-0.5
0.0
0.5
Time [ps]
1.0
1.5
Faraday Rotation [Arb. Units]
光誘起ファラデー回転の磁場変化
2
Pump Beam : s
0
-2
-4
: Increase Magnetic Field
: Decrease Magnetic Field
-6
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
Faraday Rotation [Arb. Units]
Magnetic Field [T]
2
Pump Beam : s
0
-2
-4
: Increase Magnetic Field
: Decrease Magnetic Field
-6
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
Magnetic Field [T]
1.4K
Decay time : 1.6ps
Exciton density : 8.5x109
ヒ
ス
テ
リ
シ
ス
を
示
し
て
い
る
！
Faraday Rotation [Arb. Units]
2
Negative Decay
0
-2
-4
-6
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
Faraday Rotation [Arb. Units]
Magnetic Field [T]
-1.0
40K
-1.5
-2.0
-2.5
-3.0
-3.5
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
Magnetic Field [T]
1.0
Transmission [Arb. Unit]
MCD
7
6
5
: (s,s)
: (s,s)
4
3
波長板を入れたために
原点が少しずれています
2
-4
-3
-2
-1
0
1
Time [ps]
Transmission [Arb. Unit]
と
の差
0
-1
-2
-3
-4
-3
-2
-1
Time [ps]
0
1
Transmission [Arb. Unit]
9
: (s,s)
: (s,s)
8
7
6
5
4
3
0
10
20
30
Time [ps]
Transmission [Arb. Unit]
6
: (s,s)
: (s,s)
5
緩和時間 : 133ps (
137ps (
0
4x10
-200
0
200
400
600
Time [ps]
800
)
)
1000
Transmission [Arb. Unit]
4
0.4ps (s,s)(s,s)
2
1
6
4
7.9ps
2
0.1
6
4
0
5
10
15
Transmission [Arb. Unit]
Time [ps]
(s,s)(s,s)
21ps
10
1.7ps
9
8
0
10
20
Time [ps]
30
Summary
・低Mn濃度CdMnTeにおける、吸収ス
ペクトル、発光スペクトル、光誘起ファラ
デー回転測定を行った。
・CdMnTe（x = 5.2%）において、磁気
ポーラロン形成に起因する発光と吸収
のストークスシフトを検出した。
・ 15K以下の温度領域では温度の下降
と共に光誘起ファラデー回転の信号強
度が減少することを見出した。
・1.4Kにおける光誘起ファラデー回転の
磁場変化依存性が、ヒステリシスカーブ
を示すことを見出した。

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