Promotionsvortrag von Aleksandr Kamenskii

Diese Arbeit ist einem Werkzeug gewidmet, das mit Hilfe der Optik Informationen über den Grundzustand von Spinsystemen liefert: der Spinrauschspektroskopie. Ihr Hauptziel ist es, die praktisch ungestörte Spindynamik zu charakterisieren, indem die Parameter der Spinfluktuationen im thermischen Gleichgewicht ermittelt werden. Das Homodyn-Detektionsverfahren mit Phasenstabilisierung wird eingesetzt, um die Reaktionsfähigkeit der Polarisationsanalyse in der Spinrauschspektroskopie zu verbessern. Durch die Erhöhung der Leistung des lokalen Oszillators werden das elektronische Rauschen überwunden und das erfasste Signal ohne zusätzliche Störungen im untersuchten Spinsystem effektiv erhöht. Diese Möglichkeit erlaubt die Arbeit mit niedrigeren Leistungsdichten. Eine Verbesserung von mehr als einer halben Größenordnung ist für ein n-dotiertes GaAs bei kleinen Sondenintensitäten nachgewiesen. Durch Phasenmanipulation und Stabilisierung wird den gewünschten Parameter - Faraday-Rotation, Elliptizität oder eine Mischung - aus dem Experiment gewählt. Es vermeidet ansonsten notwendige Änderungen in der Anordnung der optischen Komponenten. Mit dieser verbesserten Technik werden die grundlegenden Eigenschaften der Konstruktion des Spinrauschensignals weiter untersucht, indem verschiedene Winkelabhängigkeiten des gestreuten Lichts ermittelt werden. Ein verteilte Bragg-Reflektor verstärkt die Wechselwirkung zwischen Licht und Materie. Der ermöglicht das Spinrauschen eines Ensembles von n-dotierten (In, Ga)As/GaAs-Quantenpunkten zuverlässig zu erfassen und schwache Effekte zu extrahieren. Als Grundsatzbeweis sind eine Beobachtung des reinen Streufeldes (außerhalb der Durchlichtapertur) sowie die Extraktion der primären Elektronenspineigenschaften, des g-Faktors und der Spin-Dephasierungszeit durchgeführt. Der Einfluss der Mikrokavität auf die räumliche und spektrale Streuung der Streulichtintensität wird untersucht. Zusätzlich wurde das Zusammenspiel von Zweistrahl-Resonanzanregung für die potentielle Signalvergrößerung betrachtet. Von diesem Punkt aus verschiebt sich der Schwerpunkt der Arbeit in Richtung der Erforschung neuer Systeme und ihrer Charakterisierung. Die Grundlage der Spinrausch-Spektroskopie ist die Transkription der Magnetisierung des Spinsystems auf den Winkel der Faraday-Rotation, die für Messbarkeit ausreichend sein sollte. Das Vorhandensein einer solchen Suffizienz kann nicht aus linearen magneto-optischen Effekten abgeleitet werden, was besonders in inhomogen verbreiterten Systemen, die den Spinrausch-Verstärkungseffekt aufweisen, entscheidend ist. In diesem Teil wird die Verbindung zwischen dem Spinrausch-Verstärkungseffekt und dem Verhalten des nichtlinearen resonanten Faraday-Effekts hergestellt. Dies vorhersagt der Anwendbarkeit der Spinrauschspektroskopie auf diese Art von Paramagneten. Die experimentellen Beweise bestätigen die theoretischen Abschätzungen und basieren auf intrakonfigurationalen (4f-4f) Übergängen der dreiwertigen Seltenerd-Ionen von Neodym und Ytterbium in Kristallen auf Fluoritbasis. Schließlich wird die Spinrauschspektroskopie auf Dielektrika mit paramagnetischen Verunreinigungen angewandt. Diese Materialien, der Standard der elektronischen paramagnetischen Resonanzspektroskopie, galten bisher ungeeignet für die Spinrauschspektroskopie wegen ihrer geringen spezifischen Faraday-Rotation für starke optische Übergänge. Diese Arbeit zeigt die Spinrauschspektroskopie auf verbotenen intrakonfigurationalen Übergängen aufgrund des Spinrausch-Verstärkungseffekts, der proportional zum Verhältnis der inhomogenen Linienbreite zur homogenen Linienbreite ist und in dem genannten System bis zu ∼ 108 betragen kann. Die Anforderungen an den optischen Aufbau sowie die möglichen Anwendungen werden diskutiert. Die Methode für die Identifizierung der erhaltenen Spektralkomponenten ist vorgestellt. Die Beziehung zwischen den Invarianten und den g-Tensorkomponenten wurden für verschiedene Arten von Zentren abgeleitet und experimentell mit der Spinrauschspektroskopie an einem kubischen CaF2-Nd3+-Kristall nachgewiesen.