對於(yu) 極性磁光克爾效應(pMOKE)測量，樣品被線偏振激光束照射在法向入射下。從(cong) 表麵反射後，偏振麵傾(qing) 斜克爾角θK，這為(wei) 半導體(ti) 中自旋積累提供了一種測量方法。在砷化镓基異質結構中，pMOKE是由導帶中自旋極化引起的圓雙折射的結果。但是在二維材料結構中的砷化镓又和塊體(ti) 砷化镓所產(chan) 生的的磁光克爾效應有所不同。
二維電子係統中砷化镓的磁光克爾效應
除了本體(ti) 砷化镓的自旋注入實驗外，二維電子係統的自旋注入實驗進行光學測量並不像在大塊GaAs樣品上進行pMOKE測量那麽(me) 簡單，因為(wei) 2DEG對稱性的降低可能會(hui) 嚴(yan) 重影響光學選擇規則，從(cong) 而影響pMOKE的強度。事實上，研究表明，在狹窄(約10 nm寬)的GaAs/(Al,Ga)As量子阱(QW)係統中，約束勢迫使價(jia) 帶中重空穴態的軌道角動量和自旋角動量向垂直於(yu) QW平麵的麵外方向運動。此外，約束提升了Γ-point處重空穴態和輕空穴態的簡並性，將輕空穴帶移至較低能量處(見圖1)。考慮到這兩(liang) 個(ge) 因素，隻有麵外極化重空穴才能促進與(yu) 導電帶電子的複合過程。這對磁光過程有重大影響。在平麵內(nei) 極化電子的情況下，自旋極化角動量守恒阻止了在具有明確螺旋度的圓偏振光發射下具有重空穴的電子的複合。相反，隻有線偏振光才能被探測到。
圖1.(Al,Ga)As/ GaAs/(Al,Ga)As量子阱異質結構示意圖。Ene表示導電帶中電子的量子化能態。enh和Enlh分別是價(jia) 帶中重空穴和輕空穴的能態
在自旋LED實驗中，通過直接比較電致發光在頂發射(電子自旋極化方向垂直於(yu) 量子阱)和邊發射(電子自旋極化方向在平麵上)的圓極化，驗證了這一效應。適用於(yu) 10 nm和15 nm寬的量子阱在邊緣發射幾何結構中沒有發現明顯的圓極化，盡管在頂部發射中測量到了強烈的信號。然而，對於(yu) 寬(體(ti) 狀)量子阱(d≥50 nm)，在邊緣發射中甚至可以檢測到圓極化，這表明與(yu) 窄量子阱相比，由於(yu) 量子約束減弱，重空穴自旋獲得了麵內(nei) 分量因此，對於(yu) 寬GaAs/(Al,Ga)As-QW係統，光學選擇規則應該仍然允許邊緣發射中的磁光效應，但與(yu) 大塊GaAs相比效率降低。
如果使用限製在GaAs/(Al,Ga)As界麵的二維電子氣體(ti) ，情況就會(hui) 發生變化，就像本實驗中的情況一樣。在這樣的係統中，隻有導帶中的電子被限製在三角形勢阱中;除了界麵處的(Al,Ga) as勢壘外，價(jia) 帶中的空穴完全不受限製。因此，在Γ-point處的輕、重空穴的簡並性既沒有提高，也不存在迫使空穴向麵外方向旋轉的約束。這些洞會(hui) 表現得像普通的體(ti) 積洞。因此，相對於(yu) 塊體(ti) GaAs, 2DEG中的光學選擇規則將在質量上保持不變，並且邊緣發射中的磁光克爾效應將顯著。
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