Электронный парамагнитный резонанс в условиях резонансного спинового усиления

Для наблюдения спиновой динамики электронов в полупроводниках во внешнем магнитном поле, удобно синхронизировать прецессию микроскопических спинов. Прикладывая дополнительное периодически меняющееся магнитное поле в плоскости ортогональной внешнему постоянному полю, при условии совпадения частоты периодического поля с Ларморовской частотой прецессии спинов во внешнем магнитном поле, можно наблюдать электронный парамагнитный резонанс (ЭПР). В условиях ЭПР спины в ансамбле прецессируют синхронно с одинаковыми частотами, что позволяет легко детектировать динамику макроскопического спина, сканируя систему линейно поляризованным лазером и регистрируя сигнал Фарадеевского вращения. Добиться синхронного вращения спинов также можно оптически, посредствам накачки электронов определенной спиновой поляризации в зону проводимости циркулярно поляризованным лазерными импульсами, приходящими в такт с Ларморовской прецессией. Этот метод известен как резонансное спиновое усиление (РСУ). Комбинируя два вышеупомянутых механизма в однолучевой схеме накачки-зондирования на объемном образце n-GaAs, мы представляем простой оптический метод измерения эффективного g-фактора и времени поперечной релаксации {T_2^*}, которой в то же время может быть использован в качестве метода оптического манипулирования системой спинов, синхронизированных радиочастотным (РЧ) магнитным полем. Также мы изучаем влияние этих механизмов друг на друга, в результате чего наблюдаем значительное усиление сигнала ЭПР в условиях РСУ и его подавление вне резонансной оптической накачки. Кроме этого, в условиях двойного резонанса мы регистрируем квадратичную зависимость сигнала от амплитуды радиочастотного поля и линейное по амплитуде РЧ поля расщепление спектра ЭПР.