[发明专利]一套测量电子自旋注入和滤波的显微测量系统

说明书

技术领域

本发明涉及半导体电学性质测试技术和磁性材料磁学性质测试技术领域，特别涉及铁磁性金属向半导体注入自旋的测量技术。

背景技术

现代信息技术利用电子的电荷自由度来进行信息处理，而用磁性材料的自旋自由度来存储信息。自旋电子学这个新兴的领域同时利用电子的这两个自由度来产生新的功能，这可能引起未来的信息技术的革新。目前，由于稀磁半导体同时具有磁性和半导体的性质，得到了广泛的研究，但是由于其很低的居里温度，应用前景仍然很小；所以，向半导体注入自旋方法仍然在不断的研究中。第一种方法是利用电学方法直接把铁磁性材料的极化电子注入到半导体中；此外就是利用光学方法在半导体中泵浦出极化电子。

利用偏振光在半导体中泵浦出含自旋的电子的方法由于缺乏很好的实际应用背景，目前，人们大多关注于如何利用加电压的方法从铁磁性材料中注入极化电子进入半导体中；但是到目前为止，研究结果发现由于磁性材料与半导体之间的电阻不匹配，导致注入极化电子的效率很低(Phys.Rev.B，62，ppR4790-R4794，2000)；这是由于人们对于注入过程中电子输运的各种机理不是很了解。为此，有的小组(J.Appl.Phys，87，pp4670-4672，2000)研究了NiFe/GaAs间Schottky势垒在偏振光激发下偏振光电流，研究结果显示铁磁薄膜的磁化强度方向和Schottky势垒高度决定了半导体和铁磁材料间自旋相关光电流。可是，由于在此文伪四端方法中测量光电流的方法有很大误差。

为此，本发明提供一种利用标准四端法，测量不同磁场和偏振光激发样品下，偏振相关电压随直流偏压变化的方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种研究铁磁材料和半导体界处中自旋相关输运的系统。利用这套系统，可以对研究铁磁材料向半导体注入自旋效率(自旋注入)和半导体中极化电子向铁磁材料输入过程中被滤除的效率(自旋滤波)。

一套测量电子自旋注入和滤波的显微测量系统，其特征在于，包括：

一HeNe激光器，用来激发样品(101)；

一渥拉斯顿棱镜，把前面的激光器发出来的光调制成线偏振光(102)；

一光弹调制器，把线偏振光调制成50kHz左旋和右旋圆偏振光，并提供锁相放大器(104)触发信号(103)；

一锁相放大器，用来测量样品偏振相关电子输运电压(104)；

一锁相放大器，用来测量样品光伏电压(105)；

一数字电压表，测量样品直流偏压(106)；

一恒流源，用来给样品施加偏置电流(107)；

一显微物镜，用来聚焦激光，使其照射到样品上(108)；

一斩波器，调制入射光强，并提供锁相放大器(105)触发信号(109)；

一白光光源，用来照射样品，以便于摄像机和显示器(112)能清楚显示激光照射样品的位置(110)；

一两个半反半透镜组，用来把激光和白光汇合后照射样品，且把反射光成像到摄像机和显示器(111)；

一摄像机和显示器，用来显示和记录激光照射样品位置(112)；

一可变磁场样品座，安放样品的地方，且施加不同磁场于样品上(113)。

进一步，所述系统中，用经过光弹调制器(103)后变成的左旋和右旋交替变化的偏振光激发样品，在半导体中得到自旋极化电子，通过恒流源(107)调控半导体中电子的流向，外加磁场控制铁磁金属的磁化强度方向；利用锁相放大器(104)、锁相放大器(105)和数字电压表(106)测量出固定磁场中，不同大小和方向偏压下，电子自旋的注入和滤波效率。

进一步，所述系统中，利用白光光源(110)，两个半反半透组(111)，以及摄像机和显示器(112)构成监视光路，观察激光照射到样品中台面的位置。

进一步，所述系统中，利用斩波器(109)和锁相放大器(105)，测量光照样品产生的光伏效应，对比直流光伏响应信号，保证测量过程的正确性。

进一步，所述系统中，利用可变磁场样品座(113)，测量光照样品光电压在不同磁场下的随直流电压的变化。

本发明是利用显微光路和标准四端法测量样品在偏振光照射下，通过控制不同磁场和直流电流，测量极化电子输运性质。

这种方法可以在室温下准确的测量到偏振相关的电子输运过程。对于目前研究铁磁材料和半导体杂化体系中电子自旋输运性质提供了一种很好的手段。

附图说明

图1是一套测量电子自旋注入和滤波的显微测量系统结构简图；