c******7
发帖数: 1177 | 1 最近思考半导体表面的Magneto-Kerr效应.我测量的Kerr rotation信号都是半导体cap
layer 下面的信号。cap layer 一般是比如30 nm左右，不会贡献信号。而光波长是
817nm. 我一直没弄明白，为什么会有Kerr信号。
光从真空进入半导体，表面发生反射，部分透射被吸收（不考虑样品后表面的反射）。
Kerr效应是表面效应。为什么可以测到30nm下面的magnetization？是不是说，在近场
光学里面，“表面”这个概念是不是有一定厚度？但是Maxwell方程组界面是没有厚度
的。
谢谢讨论 |
h***i
发帖数: 75 | 2 后表面的反射必然需要考虑
其实就是一个干涉问题，需要把光分解成左旋和右旋偏振光，在磁介质中的吸收不一样
，多次反射出来再叠加就会有kerr rotation。
cap
【在 c******7 的大作中提到】
: 最近思考半导体表面的Magneto-Kerr效应.我测量的Kerr rotation信号都是半导体cap
: layer 下面的信号。cap layer 一般是比如30 nm左右，不会贡献信号。而光波长是
: 817nm. 我一直没弄明白，为什么会有Kerr信号。
: 光从真空进入半导体，表面发生反射，部分透射被吸收（不考虑样品后表面的反射）。
: Kerr效应是表面效应。为什么可以测到30nm下面的magnetization？是不是说，在近场
: 光学里面，“表面”这个概念是不是有一定厚度？但是Maxwell方程组界面是没有厚度
: 的。
: 谢谢讨论
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c******7
发帖数: 1177 | 3 我可以理解为，对于旋光介质各处折射率都不同，光因此不断反射叠加? 反射主要还是
发生在真空和样品的前表面。
我测量的是n-GaAs, 激发光波长是817.5nm，低温试验。active layer是1 micrometer,
substrate是500 micrometer. 在这种情况下，光都被吸收了，所以我认为后表面没有
反射。
【在 h***i 的大作中提到】
: 后表面的反射必然需要考虑
: 其实就是一个干涉问题，需要把光分解成左旋和右旋偏振光，在磁介质中的吸收不一样
: ，多次反射出来再叠加就会有kerr rotation。
:
: cap
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o****h
发帖数: 721 | 4 换个问题，后表面的反射一般对光谱有什么影响？假如不使用ellipsometer，特别是多
重反射的情况下，而用平常的UV。
短波方向是否会出现很多重叠的类似波峰的东西呢？
【在 h***i 的大作中提到】
: 后表面的反射必然需要考虑
: 其实就是一个干涉问题，需要把光分解成左旋和右旋偏振光，在磁介质中的吸收不一样
: ，多次反射出来再叠加就会有kerr rotation。
:
: cap
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c******7
发帖数: 1177 | 5 据我所能知道的，后面可以引入Faraday effect
【在 o****h 的大作中提到】
: 换个问题，后表面的反射一般对光谱有什么影响？假如不使用ellipsometer，特别是多
: 重反射的情况下，而用平常的UV。
: 短波方向是否会出现很多重叠的类似波峰的东西呢？
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s***l
发帖数: 2236 | 6 你的cap layer是啥材料？
cap
【在 c******7 的大作中提到】
: 最近思考半导体表面的Magneto-Kerr效应.我测量的Kerr rotation信号都是半导体cap
: layer 下面的信号。cap layer 一般是比如30 nm左右，不会贡献信号。而光波长是
: 817nm. 我一直没弄明白，为什么会有Kerr信号。
: 光从真空进入半导体，表面发生反射，部分透射被吸收（不考虑样品后表面的反射）。
: Kerr效应是表面效应。为什么可以测到30nm下面的magnetization？是不是说，在近场
: 光学里面，“表面”这个概念是不是有一定厚度？但是Maxwell方程组界面是没有厚度
: 的。
: 谢谢讨论
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c******7
发帖数: 1177 | 7 还是GaAs,只是doping不同。
Kerr 信号来自active layer, 5*10e16cm-3，因为电子在这层的relaxation time 长。
cap layer, doping 5*10e18cm-3，不会有Kerr 信号，因为电子relaxation time
非常短。
【在 s***l 的大作中提到】
: 你的cap layer是啥材料？
:
: cap
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h***i
发帖数: 75 | 8 30nm的cap layer并不能完全把光吸收完，所以要考虑光在其中多次反射出现的干涉效应。
每一次从cap layer下表面的反射都会带来kerr rotation，这些多次从cap layer下表
面来的光最后都会从其上表面射出。所有从cap layer上表面射出的光叠加在一起，就
是你测到的反射光，其中的kerr rotation就是所有这些出射光线的kerr rotation的叠
加。
有一篇文章有类似的情形并建模作了计算：
http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ja907728y?journalCode=jacsa
micrometer,
【在 c******7 的大作中提到】
: 我可以理解为，对于旋光介质各处折射率都不同，光因此不断反射叠加? 反射主要还是
: 发生在真空和样品的前表面。
: 我测量的是n-GaAs, 激发光波长是817.5nm，低温试验。active layer是1 micrometer,
: substrate是500 micrometer. 在这种情况下，光都被吸收了，所以我认为后表面没有
: 反射。
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c******7
发帖数: 1177 | 9 在近场光学里面，折射可以考虑Snell Law 么？还是要修正？
效应。
【在 h***i 的大作中提到】
: 30nm的cap layer并不能完全把光吸收完，所以要考虑光在其中多次反射出现的干涉效应。
: 每一次从cap layer下表面的反射都会带来kerr rotation，这些多次从cap layer下表
: 面来的光最后都会从其上表面射出。所有从cap layer上表面射出的光叠加在一起，就
: 是你测到的反射光，其中的kerr rotation就是所有这些出射光线的kerr rotation的叠
: 加。
: 有一篇文章有类似的情形并建模作了计算：
: http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ja907728y?journalCode=jacsa
:
: micrometer,
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h***i
发帖数: 75 | 10 nano-plasmonics里面的？
【在 c******7 的大作中提到】
: 在近场光学里面，折射可以考虑Snell Law 么？还是要修正？
:
: 效应。
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c******7
发帖数: 1177 | 11 不是啊，就是这个Kerr 里面的，计算反射的时候，反射系数与入射角度有关。或者说
在近场光学里面，这个波矢方向在折射后是什么方向
【在 h***i 的大作中提到】
: nano-plasmonics里面的？
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l*****1
发帖数: 137 | 12 不是很清楚你具体的实验。你的实验是time-resolved Kerr rotation吗？还是就是用
一束线偏振光探测？如果是后者，的确挺奇怪的。
cap
【在 c******7 的大作中提到】
: 最近思考半导体表面的Magneto-Kerr效应.我测量的Kerr rotation信号都是半导体cap
: layer 下面的信号。cap layer 一般是比如30 nm左右，不会贡献信号。而光波长是
: 817nm. 我一直没弄明白，为什么会有Kerr信号。
: 光从真空进入半导体，表面发生反射，部分透射被吸收（不考虑样品后表面的反射）。
: Kerr效应是表面效应。为什么可以测到30nm下面的magnetization？是不是说，在近场
: 光学里面，“表面”这个概念是不是有一定厚度？但是Maxwell方程组界面是没有厚度
: 的。
: 谢谢讨论
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l*****1
发帖数: 137 | 13 GaAs是磁性介质吗？
【在 h***i 的大作中提到】
: 后表面的反射必然需要考虑
: 其实就是一个干涉问题，需要把光分解成左旋和右旋偏振光，在磁介质中的吸收不一样
: ，多次反射出来再叠加就会有kerr rotation。
:
: cap
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c******7
发帖数: 1177 | 14 就是前者,TRKR in GaAs，以前UCSB的Awschalom研究半导体搞的实验方法. 大家长期以
来都这么用，但是我一直没弄清楚这里面的最根本原理。半导体里面，信号一般都来自
中间的active layer.cap layer 的引进是为了保护里面active layer的一些性质，比
如避免band bending之类的。一般的资料上都说， Kerr effect 是来自表面，这在金
属里面，理解上我没什么问题，但是放在半导体里面为什么能测到cap layer 以下的信
号。所以我一直疑问，是不是这个“表面”是不是有厚度的。
GaAs在圆旋光激发后，可以产生瞬间electron spin polarization。
上面有人提出了一些理解，也让我受益匪浅。在这里面讨论还是能学到一些东西。
【在 l*****1 的大作中提到】
: 不是很清楚你具体的实验。你的实验是time-resolved Kerr rotation吗？还是就是用
: 一束线偏振光探测？如果是后者，的确挺奇怪的。
:
: cap
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s***l
发帖数: 2236 | 15 cap layer也是GaAs,不是doped,这个界面能有多少反射？
效应。
【在 h***i 的大作中提到】
: 30nm的cap layer并不能完全把光吸收完，所以要考虑光在其中多次反射出现的干涉效应。
: 每一次从cap layer下表面的反射都会带来kerr rotation，这些多次从cap layer下表
: 面来的光最后都会从其上表面射出。所有从cap layer上表面射出的光叠加在一起，就
: 是你测到的反射光，其中的kerr rotation就是所有这些出射光线的kerr rotation的叠
: 加。
: 有一篇文章有类似的情形并建模作了计算：
: http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ja907728y?journalCode=jacsa
:
: micrometer,
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s***l
发帖数: 2236 | 16 kerr effect还是来自上表面的反射吧？磁场由acive layer提供而已。
【在 c******7 的大作中提到】
: 就是前者,TRKR in GaAs，以前UCSB的Awschalom研究半导体搞的实验方法. 大家长期以
: 来都这么用，但是我一直没弄清楚这里面的最根本原理。半导体里面，信号一般都来自
: 中间的active layer.cap layer 的引进是为了保护里面active layer的一些性质，比
: 如避免band bending之类的。一般的资料上都说， Kerr effect 是来自表面，这在金
: 属里面，理解上我没什么问题，但是放在半导体里面为什么能测到cap layer 以下的信
: 号。所以我一直疑问，是不是这个“表面”是不是有厚度的。
: GaAs在圆旋光激发后，可以产生瞬间electron spin polarization。
: 上面有人提出了一些理解，也让我受益匪浅。在这里面讨论还是能学到一些东西。
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l*****1
发帖数: 137 | 17 明白了，我的理解是这样的：
圆偏振光激发基态电子在半导体导带产生自旋方向一定的电子，这些自旋方向一定的电
子会影响材料对圆偏振的吸收。比如说你用左旋光激发样品后，那么样品对左旋光的吸
收一定会变小，但是对右旋光的吸收可能没什么影响，这个应该很好理解吧？材料的反
射率和吸收率之间有一个K-K关系，吸收变了，反射一定也会变。可能样品对左旋光的
反射率变高了，但是对右旋光的反射率没有什么变化，当你用线偏振光去探测的时候，
探测光的偏振状态会有一个变化。
其实我一直有一个问题没有解决：Kerr rotation的意思是说线偏振探测光反射后仍然
是线偏振，只是偏振方向变了一点。为什么不能是线偏振光变成了椭圆偏振呢？ |
c******7
发帖数: 1177 | 18 反射光是椭圆偏振，只是椭圆率非常小；我推倒过GaAs里面的，比如光轴旋转变化是0.
1 mrad,椭圆率变化大概0.0001,几乎可以当作线性光处理。
推倒的时候也就是把线性光当作两旋光的相加，考虑magnetization造成的介质常数的
异向性。
我觉得shell说的很有道理。Kerr 效应是在表面，active层的磁化在capper layer 表
征出来磁场效应。
【在 l*****1 的大作中提到】
: 明白了，我的理解是这样的：
: 圆偏振光激发基态电子在半导体导带产生自旋方向一定的电子，这些自旋方向一定的电
: 子会影响材料对圆偏振的吸收。比如说你用左旋光激发样品后，那么样品对左旋光的吸
: 收一定会变小，但是对右旋光的吸收可能没什么影响，这个应该很好理解吧？材料的反
: 射率和吸收率之间有一个K-K关系，吸收变了，反射一定也会变。可能样品对左旋光的
: 反射率变高了，但是对右旋光的反射率没有什么变化，当你用线偏振光去探测的时候，
: 探测光的偏振状态会有一个变化。
: 其实我一直有一个问题没有解决：Kerr rotation的意思是说线偏振探测光反射后仍然
: 是线偏振，只是偏振方向变了一点。为什么不能是线偏振光变成了椭圆偏振呢？
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h***i
发帖数: 75 | 19 理论上，自由电子对固体光学性质影响很大的
实验上，掺杂和没掺杂的GaAs的光学常数可以用ellipsometry测出来。
【在 s***l 的大作中提到】
: cap layer也是GaAs,不是doped,这个界面能有多少反射？
:
: 效应。
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s***l
发帖数: 2236 | 20 反射系数要看doping level,
而且即使有反射，反射率还是远远小于空气和capping layer的interface.
【在 h***i 的大作中提到】
: 理论上，自由电子对固体光学性质影响很大的
: 实验上，掺杂和没掺杂的GaAs的光学常数可以用ellipsometry测出来。
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h***i
发帖数: 75 | 21 关键是cap layer没有磁性，光在空气和它的界面处发生的反射怎么会有kerr rotation？
只要doped GaAs的光学常数和cap layer的不同，cap layer下表面处必然会有反射并带
来kerr rotation。
如果lz能测出在817nm附近的cap layer和doped GaAs的光学常数（对有磁性的介质（这里的doped GaAs？），光学常数对左旋和右旋圆偏振光不同或者直接测voigt constant），在cap layer厚度已知的情况下，考虑cap layer的多重反射带来的kerr rotation是完全可以按我说的那篇文章的方法数值计算出来的。
【在 s***l 的大作中提到】
: 反射系数要看doping level,
: 而且即使有反射，反射率还是远远小于空气和capping layer的interface.
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