Ultrafast carrier and spin dynamics in GaMnAs across the Curie temperature

Abstract

The carrier and spin dynamics of the diluted ferromagnetic semiconductor GaMnAs are crucial to understanding its ferromagnetic nature, especially near the Curie temperature (TC). Herein, transient differential reflectivity measurements and the temporal evolution of Kerr rotation are shown using ultrafast optical spectroscopy at various temperatures. The energy and angular momentum transfer routes after femtosecond laser pumping are revealed. The hole dynamics consist of two processes: a fast process that arises from carrier recombination and a slow process caused by carrier–lattice interactions. The spin dynamics are determined from the spin–orbital coupling and spin–lattice interactions in the ferromagnetic and paramagnetic phases, respectively. Critical phenomena are observed from the competition between the hole-mediated ferromagnetic orders and thermal perturbations near TC. These experimental results provide deep insights into the ultrafast decay behavior in GaMnAs, which is regarded as one of the most promising spintronic materials.

Импульсное лазерное облучение светоизлучающих структур со слоем (Ga,Mn)As

“…Ранее нами была показана возможность применения метода импульсного лазерного нанесения (ИЛН) в сочетании с послеростовым импульсным лазерным отжигом (ИЛО) для формирования (Ga, Mn)As с высокими значениями температуры Кюри (80−100 K) [1]. При этом импульсный лазерный отжиг слоев (Ga, Mn)As, сформированных методом ИЛН, используется для повышения температуры Кюри от типичных для метода ИЛН значений 30−40 K до 80−100 K, сопоставимых с мировыми аналогами [2][3][4]. В работе [5] нами была исследована возможность модифицирования импульсным лазерным отжигом свойств слоя (Ga, Mn)As, расположенного на поверхности квантово-размерной гетероструктуры InGaAs/GaAs, с сохранением ее излучательных свойств.…”