Пикосекундная кинетика взаимодействия фотовозбужденных носителей со спиновой подсистемой ионов Mn в II-VI полумагнитных полупроводниковых гетероструктурах / Максимов А.А., Филатов Е.В., Тартаковский И.И.

При оптических исследованиях полумагнитных II-VI полупроводников (ПМПП) с магнитнымиионами марганца возникает вопрос о способах передачи энергии от фотовозбужденных носителей кмагнитной подсистеме. Существует два пути для такой передачи энергии. Прямой путь – через обменноевзаимодействие горячих носителей с локализованными спинами ионов Mn, характеризуемое короткимивременами элементарных актов этого взаимодействия τe−Mn, лежащими в пикосекундной области.Непрямой путь – через испускание неравновесных фононов при релаксации носителей с также короткимивременами τe−L и последующим процессом спин-решеточной релаксации с обычно более длиннымивременами τSLR. Экспериментально определить разную эффективность этих процессов, определяемыхотношением времен τe−Mn и τe−L, непросто. Тщательный анализ показывает, что даже наблюдение в болееранних работах при возбуждении длинными оптическими импульсами времен нагрева марганцевойподсистемы, совпадающих с τSLR, не свидетельствует однозначно в пользу доминирования непрямогопути. Оптическое возбуждение ПМПП мощными импульсами лазеров наносекундной длительностипоказал, что в квантовых ямах на основе (Zn,Mn)Se всегда доминируют процессы прямой передачиэнергии от фотовозбужденных носителей в магнитную систему.В докладе делается обзор различных экспериментальных попыток определения характерных временпрямого нагрева фотовозбужденными носителями марганцевой подсистемы ПМПП квантовых ям исделан вывод о том, что для определения истинного времени взаимодействия носителей с магнитнымиионами необходимо исследовать ПМПП сверхрешетки второго типа на основе (Zn,Mn)Se/(Be,Mn)Te.Были выполнены измерения с высоким временным разрешением~ 2 пс кинетики интенсивности и спектрального поведения линиипространственно прямого оптического перехода в сверхрешеткахвторого типа Zn0.99Mn0.01Se/Be0.93Mn0.07Te с ширинами слоев 10/5 нм.Измерения проводились в различных внешних магнитных полях и привысоких уровнях возбуждения фемтосекундными лазернымиимпульсами при частоте их следования около 3 кГц. Проводилосьтщательное сравнение спектров, полученных при одинаковыхусловиях возбуждения в нулевом и отличном от нуля внешнеммагнитном поле. Время жизни фотовозбужденных в начальныймомент времени дырок, определенное по кинетике интенсивностилюминесценции пространственно прямого оптического перехода,составляло ~ 40 пс. Из рисунка видно, что за времена τ значительноменьшие этой величины происходит уменьшение Зеемановскогосдвига полосы люминесценции в магнитном поле, связанное снагревом (на величину ~ 0.5 K) магнитной подсистемы. Эти изменения могут быть описаныэкспоненциальной зависимостью от времени (сплошные кривые). Таким образом, впервые быливыполнены прямые измерения времени пикосекундной кинетики процесса передачи энергии и спинафотовозбужденных носителей за счет обменного взаимодействия с локализованными спинами ионов Mn2+в полумагнитных полупроводниковых гетероструктурах на основе (Zn,Mn)Se.