本文關(guān)鍵詞：鉻基尖晶石體系太赫茲波段磁光光譜研究

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【摘要】：尖晶石結(jié)構(gòu)的鉻基化合物ACr2X4(X=O、S、Se)是一種復(fù)雜的關(guān)聯(lián)體系材料,具有磁阻挫、磁電耦合、磁致伸縮等效應(yīng),并展現(xiàn)出鐵磁、亞鐵磁、自旋冰、自旋液態(tài)等多種磁有序和磁組態(tài),在基礎(chǔ)研究和應(yīng)用方面都具有重要意義。強(qiáng)磁場下材料光譜學(xué)研究是理解電荷、軌道、晶格和自旋相互關(guān)聯(lián)、禍合等復(fù)雜物理圖像的基本途徑之一,也是發(fā)展自旋光電子學(xué)器件的必要基礎(chǔ)。在一定磁場強(qiáng)度下,鐵磁共振、交換共振、電磁振子等磁子激發(fā)能量會超越傳統(tǒng)微波波段電子自旋共振測量范圍,而跨入太赫茲波段(0.1-10 THz)�；陲w秒超快光學(xué)的太赫茲磁光光譜同時提供飛秒精度時域波形和GHz精度頻域譜雙重信息,可準(zhǔn)確探測強(qiáng)磁場下和材料相互作用的電磁波幅度、相位及偏振變化,從而提供了一種獨特的高頻自旋動力學(xué)測量手段。本論文選取三種典型的鉻基尖晶石材料作為研究對象,以磁子激發(fā)及自旋進(jìn)動模式、磁阻挫引起的新奇自旋態(tài)、動態(tài)磁電耦合等基本自旋動力學(xué)問題為出發(fā)點,通過自主搭建的太赫茲磁光光譜技術(shù),系統(tǒng)研究了強(qiáng)磁場下太赫茲波和該體系材料的相互作用,取得的主要研究結(jié)果如下：(1)自主搭建了基于10特斯拉超導(dǎo)磁體的太赫茲時域磁光光譜系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過GaAs光電導(dǎo)天線太赫茲脈沖發(fā)射及ZnTe自由空間電光采樣技術(shù),可實現(xiàn)0.1-2.0 THz頻譜范圍,4-300 K溫度范圍,最高10T強(qiáng)磁場的太赫茲吸收、法拉第旋轉(zhuǎn)等光譜測量。利用該系統(tǒng)對La0.67Ca0.33MnO3薄膜等關(guān)聯(lián)體系材料開展了基本表征,觀察到磁場下錳氧化物的太赫茲光電導(dǎo)各向異性效應(yīng)。(2)利用太赫茲時域光譜平臺,在低溫和高達(dá)10 T的強(qiáng)磁場下測試了ZnCr2Se4單晶樣品太赫茲透射譜,發(fā)現(xiàn)在外加磁場達(dá)5 T以上時,與螺旋自旋結(jié)構(gòu)有關(guān)共振吸收峰向高頻段移動,在20 K以下,當(dāng)磁場高于8 T時,共振吸收峰出現(xiàn)顯著的劈裂,并展現(xiàn)出和磁場方向、晶向有關(guān)的吸收選擇定則。法拉第旋轉(zhuǎn)光譜隨THz頻率和溫度的變化揭示了單晶樣品的磁結(jié)構(gòu)演化過程,確定反鐵磁磁轉(zhuǎn)變溫度在20 K附近,表明了磁光太赫茲時域光譜是研究復(fù)雜磁有序變化的一種有效方法。(3)通過太赫茲時域光譜技術(shù)在不同溫度、高達(dá)9 T的磁場下研究了MnCr2O4多晶樣品的太赫茲透射光譜,在外加磁場4 T以上,在測試波段范圍內(nèi)觀察到了明顯的共振吸收峰,共振吸收峰隨著外加磁場增加向高頻段移動。共振頻率隨磁場變化ω-H呈線性關(guān)系與拉莫爾進(jìn)動頻率相吻合,這表明MnCr2O4的磁共振類型為鐵磁共振。(4)通過太赫茲時域光譜技術(shù)在不同溫度和磁場下研究了CoCr2O4單晶樣品的THz透射譜,研究表明CoCr2O4單晶的磁共振來源于亞晶格的交換磁振子。通過磁光太赫茲時域譜在太赫茲波段觀測到圓二向色性吸收。當(dāng)外加磁場方向沿著太赫茲波矢量方向時,左旋光吸收被激發(fā)而右旋光被抑制。從時域和頻域譜可觀測到顯著的法拉第橢偏率變化。通過對不同磁場下左旋光和右旋光的復(fù)折射率譜測試,明顯的色散顯示了因交換共振產(chǎn)生的光學(xué)手征性的存在
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：O433

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本文編號：1291736