Магнитооптика гетероструктур с квантовой ямой InGaAs/GaAs и ферромагнитным дельта-слоем Mn

Abstract

Детально изучена магнитооптика гетероструктур с квантовой ямой (КЯ) InGaAs/GaAs и ультра-тонким ферромагнитным δ-слоем Mn в барьере GaAs, разделенных узким спейсером 3–5 нм. В то время как немагнитные структуры демонстрируют низкие значения степени циркулярной поляризации PC фотолюминесценции из КЯ в геометрии Фарадея, наличие туннельно-близкого δ-слоя Mn приводит к высоким значениям PC, в том числе и выше температуры Кюри δ-слоя TC ∼ 35 К. В структурах, выращенных на точно ориентированных подложках GaAs (001), уже в малых магнитных полях B ≤ 0,2 Тл наблюдается быстрый рост PC и зеемановского расщепления оптических переходов в КЯ, сменяющийся слабым линейным ростом при B > 0,5 Тл, при этом характерный начальный рост обеих величин ослабляется с ростом температуры и исчезает выше TC. Эффект немонотонно зависит от глубины КЯ и объясняется в модели излучательной рекомбинации в условиях сильного флуктуационного потенциала КЯ, обусловленного наличием заряженного δ-слоя Mn высокой плотности. Считается, что спиновая поляризация дырок в КЯ обусловлена обменным (p–d)-взаимодействием с туннельно-близким ферромагнитным δ-слоем Mn и возникает за счет выхода спонтанной намагниченности из плоскости δ-слоя с насыщением нормальной составляющей намагниченности в высоких полях.

Детально вивчено магнітооптику гетероструктур з квантовою ямою (КЯ) InGaAs/GaAs та ультратонким феромагнітним δ-шаром Mn у бар'єрі GaAs, які розділено вузьким спейсером 3–5 нм. Тоді як неманітні структури демонструють низькі значення ступеню циркулярної поляризації PC фотолюмінесценції з КЯ в геометрії Фарадея, наявність тунельно-близького δ-шару Mn призводить до високих значень PC, у тому числі і вище за температуру Кюрі TC δ-шару ∼ 35 К. В структурах, які вирощено на точно орієнтованих підкладках GaAs (001), вже в малих магнітних полях B ≤ 0,2 Тл спостерігається швидке зростання PC та зеєманівського розщеплювання оптичних переходів в КЯ, що змінюється слабким лінійним зростанням при B > 0,5 Тл, при цьому характерне початкове зростання обох величин послабляється із зростанням температури і зникає вище TC. Ефект немонотонно залежить від глибини КЯ і пояснюється в моделі випромінювальній рекомбінації в умовах сильного флуктуаційного потенціалу КЯ, який обумовлен наявністю зарядженого δ-шару Mn високої щільності. Вважається, що спінова поляризація дірок в КЯ обумовлена обмінною (p–d)-взаємодією з тунельно-близьким феромагнітним δ-шаром Mn та виникає за рахунок виходу спонтанної намагніченості з площини δ-шару з насиченням нормальної складової намагніченості у високих полях.

Magnetooptics of heterostructures with a InGaAs/GaAs quantum well (QW) and a 3–5 nm spaced ultra-thin ferromagnetic δ-layer of Mn in the GaAs barrier has been investigated in detail. While nonmagnetic structures demonstrate a very low of degree circular polarization PC of QW photoluminescence, the existence of the close Mn δ-layer gives rise to high values of PC even above its Curie temperature TC ∼ 35 K. A fast growth of PC and Zeeman splitting of the QW emission band, observed at low B < 0.2 T, is followed by a slow linear increase at B > 0.5 T in heterostructures with strictly oriented GaAs (001) substrates. The characteristic fast increase slows down with temperature and disappears above TC . The effect depends non-monotonically on QW depth and is explained in the model of strong QW fluctuation potential caused by the highly charged Mn δ-layer. The spin polarization of carriers is believed to be related to the effective (p–d)-exchange interaction of the QW holes with the ferromagnetic δ-layer and to emerge due to a normal-to-plane magnetization, saturating at high magnetic fields.