Manipulation inkohärenter und kohärenter Spinensembles in verdünnt-magnetischen Halbleitern mittels ferromagnetischer Streufelder

Halm, Simon

In dieser Dissertation wird demonstriert, dass Streufelder nanostrukturierter Ferromagnete die Möglichkeit bieten, sowohl inkohärente, als auch kohärente Spinensembles in einem verdünnt-magnetischen Halbleiter (DMS) zu manipulieren. Streufelder von Fe/Tb-Ferromagneten mit einer vertikalen remanenten Magnetisierung rufen eine lokale Magnetisierung des (Zn,Cd,Mn)Se-DMS-Halbleiters hervor. Aufgrund der sp-d-Austauschwechselwirkung richten sich die Spins optisch erzeugter Elektron-Loch-Paare entlang der DMS-Magnetisierung aus. Man erhält eine lokale, remanente Spinpolarisation, welche per ortsaufgelöster, polarisationssensitiver Photolumineszenz-Spektroskopie detektiert wurde. Streufelder von in der Filmebene magnetisierten Co-Ferromagneten erlauben es, die Präzessionsfrequenz der magnetischen Mangan-Momente des DMS in einem externen Magnetfeld lokal zu modifizieren. Dies wurde per zeitaufgelöster Kerr-Rotationstechnik nachgewiesen. Die Inhomogenität des Streufeldes führt dabei zu einer Verkürzung der Dekohärenzzeit des Ensembles sowie zum Effekt einer zeitabhängigen Ensemble-Präzessionsfrequenz.

In this thesis it is demonstrated that fringe fields of nanostructured ferromagnets provide the opportunity to manipulate both incoherent and coherent spin ensembles in a dilute magnetic semiconductor (DMS). Fringe fields of Fe/Tb ferromagnets with a remanent out-of-plane magnetization induce a local magnetization in a (Zn,Cd,Mn)Se DMS. Due to the sp–d exchange interaction, optically generated electron–hole pairs align their spin along the DMS magnetization. One obtains a local, remanent spin polarization which was probed by spatially resolved, polarization sensitive photoluminescence spectroscopy. Fringe fields from in-plane magnetized Co ferromagnets allow to locally modify the precession frequency of the Manganese magnetic moments of the DMS in an external magnetic field. This was probed by time-resolved Kerr rotation technique. The inhomogeneity of the fringe field leads to a shortening of the ensemble decoherence time and to the effect of a time-dependent ensemble precession frequency.

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Halm, Simon: Manipulation inkohärenter und kohärenter Spinensembles in verdünnt-magnetischen Halbleitern mittels ferromagnetischer Streufelder. 2009.

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