Coerência de spin fotoinduzida em EuTe e em ilhas quânticas de (In,Ga)As

• Autor(a) principal: Roque, Alexander Raul Naupa
• Data de Publicação: 2019
• Tipo de documento: Tese
• Idioma: por
• Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP
• Texto Completo: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/43/43134/tde-13022020-143434/
• topic: Faraday rotation; ilhas quânticas; magnetic polarons; polarons magneticos; quantum dots; rotaçao de Faraday

Esta tese está dividida em três partes. Na primeira parte, tentamos medir o tempo de vida de um trion (dois elétrons e um buraco) foto-gerado em ilhas quânticas (QD) contendo um elétron aprisionado, usando rotação de Faraday resolvida no tempo (TRFR). O tempo de vida do trion é um parâmetro crucial na dinâmica dos spins dos QDs e geralmente é medido por fotoluminescência (PL) resolvida no tempo. No entanto, a PL de um conjunto de QDs contém muitas bandas sobrepostas, devido a excitons excitados simultaneamente, o que dificulta medições precisas do tempo de vida do trion. A vantagem do nosso método é que a TRFR associado aos trions pode ser detectada como um sinal separado não poluído por outras excitações simultâneas. Usando o método TRFR, obtivemos um tempo de vida de 0,15 ns. Na segunda parte, investigamos a foto-geração de polarons magnéticos gigantes no EuTe. Nas proximidades da temperatura de Néel, o momento magnético do polaron fotoinduzido atingiu quase 700 magnetons de Bohr. Quando a intensidade da luz de excitação é aumentada, o momento magnético total induzido da região iluminada aumenta sub-linearmente. Atribuímos o aumento sublinear à presença de defeitos de baixa densidade no cristal, que ancoram os polarons e limitam a concentração máxima alcançável de polarons no EuTe. Estimamos que a densidade desses defeitos seja 4.5X10^15 cm3. Estes defeitos são plausivelmente gerados durante o processo de crescimento, devido a desvios da estequiometria. Descobrimos que a luz de excitação também causa um pequeno aquecimento da região iluminada, o que é indesejável porque favorece a desordem dos spins. A dependência da temperatura do momento magnético do polaron é descrita pela lei de Curie-Weiss. No EuTe, os polarons magnéticos podem ser gerados com eficiência em temperaturas de até 100 K, dez vezes superior a temperatura crítica de Néel do EuTe. Acima de 100 K, os polarons fotoinduzidos são termicamente extintos com uma energia de ativação de 11 meV. Na terceira parte, apresentamos um modelo semiclássico simples, que permite converter a rotação de Faraday (FR) em magnetização nos semicondutores magnéticos. Modelos anteriores são baseados em cálculos complexos da mecânica quântica, limitados à composição e à estrutura eletrônica de cada material em particular. Em contraste, nosso modelo requer apenas uma concepção semiclássica do spin e dos efeitos de polarização de carga que a luz induz em um sólido. Nosso modelo não depende de nenhuma estrutura de energia eletrônica específica para o semicondutor magnético. O modelo é usado para demonstrar que nos calcogenos de európio, para energias de fótons abaixo do gap, a FR é diretamente proporcional à magnetização, independentemente da fase magnética, temperatura ou campo magnético. Além disso, mostramos que, para o EuX, a constante de proporcionalidade entre FR e magnetização depende apenas da energia do fóton e do band-gap do semicondutor. O modelo é validado por medições experimentais de FR e magnetização, usando uma amostra EuSe.