铬基尖晶石体系太赫兹波段磁光光谱研究

发布时间：2017-12-15 11:12

  本文关键词：铬基尖晶石体系太赫兹波段磁光光谱研究

  更多相关文章： 太赫兹时域谱 铬基尖晶石化合物 自旋共振 强磁场

【摘要】：尖晶石结构的铬基化合物ACr2X4(X=O、S、Se)是一种复杂的关联体系材料,具有磁阻挫、磁电耦合、磁致伸缩等效应,并展现出铁磁、亚铁磁、自旋冰、自旋液态等多种磁有序和磁组态,在基础研究和应用方面都具有重要意义。强磁场下材料光谱学研究是理解电荷、轨道、晶格和自旋相互关联、祸合等复杂物理图像的基本途径之一,也是发展自旋光电子学器件的必要基础。在一定磁场强度下,铁磁共振、交换共振、电磁振子等磁子激发能量会超越传统微波波段电子自旋共振测量范围,而跨入太赫兹波段(0.1-10 THz)。基于飞秒超快光学的太赫兹磁光光谱同时提供飞秒精度时域波形和GHz精度频域谱双重信息,可准确探测强磁场下和材料相互作用的电磁波幅度、相位及偏振变化,从而提供了一种独特的高频自旋动力学测量手段。本论文选取三种典型的铬基尖晶石材料作为研究对象,以磁子激发及自旋进动模式、磁阻挫引起的新奇自旋态、动态磁电耦合等基本自旋动力学问题为出发点,通过自主搭建的太赫兹磁光光谱技术,系统研究了强磁场下太赫兹波和该体系材料的相互作用,取得的主要研究结果如下：(1)自主搭建了基于10特斯拉超导磁体的太赫兹时域磁光光谱系统。该系统通过GaAs光电导天线太赫兹脉冲发射及ZnTe自由空间电光采样技术,可实现0.1-2.0 THz频谱范围,4-300 K温度范围,最高10T强磁场的太赫兹吸收、法拉第旋转等光谱测量。利用该系统对La0.67Ca0.33MnO3薄膜等关联体系材料开展了基本表征,观察到磁场下锰氧化物的太赫兹光电导各向异性效应。(2)利用太赫兹时域光谱平台,在低温和高达10 T的强磁场下测试了ZnCr2Se4单晶样品太赫兹透射谱,发现在外加磁场达5 T以上时,与螺旋自旋结构有关共振吸收峰向高频段移动,在20 K以下,当磁场高于8 T时,共振吸收峰出现显著的劈裂,并展现出和磁场方向、晶向有关的吸收选择定则。法拉第旋转光谱随THz频率和温度的变化揭示了单晶样品的磁结构演化过程,确定反铁磁磁转变温度在20 K附近,表明了磁光太赫兹时域光谱是研究复杂磁有序变化的一种有效方法。(3)通过太赫兹时域光谱技术在不同温度、高达9 T的磁场下研究了MnCr2O4多晶样品的太赫兹透射光谱,在外加磁场4 T以上,在测试波段范围内观察到了明显的共振吸收峰,共振吸收峰随着外加磁场增加向高频段移动。共振频率随磁场变化ω-H呈线性关系与拉莫尔进动频率相吻合,这表明MnCr2O4的磁共振类型为铁磁共振。(4)通过太赫兹时域光谱技术在不同温度和磁场下研究了CoCr2O4单晶样品的THz透射谱,研究表明CoCr2O4单晶的磁共振来源于亚晶格的交换磁振子。通过磁光太赫兹时域谱在太赫兹波段观测到圆二向色性吸收。当外加磁场方向沿着太赫兹波矢量方向时,左旋光吸收被激发而右旋光被抑制。从时域和频域谱可观测到显著的法拉第椭偏率变化。通过对不同磁场下左旋光和右旋光的复折射率谱测试,明显的色散显示了因交换共振产生的光学手征性的存在
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O433

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本文编号：1291736