IF PAN
Fourierowska spektroskopia stanów spinowych z rozdzielczością rzędu mikroelektronowolta     Oddziaływanie pomiędzy różnymi częściami układów kwantowo-mechanicznych, takich jak cząsteczki organiczne lub półprzewodniki, może prowadzić do złożonych zachowań. Jednym ze sposobów na zbadanie i lepsze zrozumienie takiego zachowania jest oświetlenie układu krótkimi impulsami światła laserowego i staranne obserwowanie, w jaki sposób światło jest rozpraszane i absorbowane. Aby zaobserwować złożoną dynamikę badanych układów, impulsy te muszą trwać tylko pikosekundy, jednak krótki czas ich trwania może sprawić, że subtelne różnice energetyczne takie jak widmo między różnymi stanami spinowymi elektronu w polu elektrycznym lub magnetycznym pozostaną ukryte w trakcie takich obserwacji. W przeprowadzonych doświadczeniach zastosowana została metoda impulsowych pomiarów optycznych, która umożliwiła zarejestrowanie bardzo drobnych różnic energii. Pozwoliło to na precyzyjną identyfikację różnych przejść optycznych, które mogą być wzbudzane przez te impulsy. W szczególności pokazane zostało, jak dwuwymiarowa optyczna spektroskopia Fouriera może być stosowana do zmierzenia rozszczepienia spinów elektronów w stanie podstawowym badanego układu. Jako system kwantowy zawierający elektrony, których własności miały być mierzone wybrano półprzewodnikową studnię kwantową CdTe/(Cd, Mg)Te. Źródłem elektronów w badanym układzie było odpowiednie domieszkowanie materiału. Zastosowane podejście pomiarowe oparte jest na stymulowanych, "schodkowych" sekwencyjnych przejściach Ramana zachodzących przy pobudzaniu impulsowym, które umożliwia badanie rozszczepienia poziomów energetycznych z dużą rozdzielczościa, nawet w przypadku układów o szerokich liniach przejść optycznych. Zapewnia to unikalną możliwość rozróżnienia pomiędzy różnymi kompleksami nośników, takimi jak pary elektron-dziura, związanymi z nadmiarowymi elektronami w półprzewodnikach, obecnymi w układach pobudzanych optycznie. Zastosowane podejście pozwala zmierzyć dynamikę spinów w stanie podstawowym układu bez tworzenia makroskopowej polaryzacji spinowej. Jest to szczególnie ważne w tego typu badaniach, ponieważ w ten sposób można zmniejszyć ilość energii dostarczonej do układu, która prowadzi do zniszczenia koherencji spinowych będących ważną własnością badanego ukłądu. Najważniejszym wynikiem osiągniętym w doświadczeniach opisanych w tym artykule (Phys. Rev. X 7, 031030 (2017)) jest przeprowadzenie dokładnych pomiarów optycznych rozszczepień spinowych elektronów w studni kwantowej CdTe/(Cd, Mg)Te z dokładnością większą od 1 μeV, w warunkach dużo większej (o 2 rzędy wielkości) szerokości energii przejść optycznych.