Name: Mesure de la cohérence Decay en GaMnAs Utilisation femtoseconde mélange à quatre ondes (Vidéo) | JoVE Journal
Uploaded: 2013-12-03T14:00:00.000+00:00
Duration: 15 min 58 s
Description: Découvrez la mesure du temps de décohérence dans le GaMnAs par mélange à quatre ondes femtoseconde. Cette technique optique non linéaire révèle la dynamique de diffusion spin-flip et le couplage d'échange dans les semiconducteurs magnétiques dilués.

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Cette recherche est financée par le Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada, Lockheed Martin Corporation et la National Science Foundation (subvention DMR10-05851).

1. Vue d’ensemble de l’appareil optique
<ol>
	<li>Configurez deux miroirs et deux iris définissant le chemin d’entrée de la configuration optique, comme le montre la figure 1. Chaque jour, ces iris et miroirs doivent être utilisés pour récupérer l’alignement de la configuration. Étant donné que le laser dérive au jour le jour, plusieurs itérations d’alignement sont nécessaires quotidiennement pour maintenir un alignement optimal.</li>
	<li>Construisez un compresseur d’impulsions contenant deux prismes, comme illustré à la figure 1. Le compresseur d’impulsions introduit une dispersion de vitesse de groupe négative pour compenser la dispersion positive de vitesse de groupe causée par les lentilles et les fenêtres optiques sur le chemin de l’échantillon. La quantité de compensation de dispersion de vitesse de groupe est déterminée par la séparation entre les prismes (grossier) et la quantité de verre à travers laquelle le faisceau se propage dans le deuxième prisme (fin). Ceux-ci sont ajustés de manière itérative pour optimiser la durée de l’impulsion tout en détectant l’autocorrélation des impulsions (voir section 2).</li>
	<li>Insérez un séparateur de faisceau 50/50 pour diviser les impulsions entrantes du laser en deux impulsions d’excitation, E1 et E2.</li>
	<li>Configurez une ligne à retard optique pour l’impulsion E1 à l’aide d’une paire de miroirs montés sur une platine de translation manuelle. Cette platine est utilisée pour effectuer des ajustements grossiers du retard entre les impulsions E1 et E2. Remarque : il faut s’assurer que le chemin optique dans la paire de miroirs est parallèle à l’axe de mouvement de l’étage de translation et que les miroirs sont alignés à 45° l’un par rapport à l’autre et n’introduisent pas de déviation verticale.</li>
	<li>Installez une ligne à retard optique pour l’impulsion E2 à l’aide d’un ensemble de miroirs et d’un périscope optique qui envoient le faisceau vers le bas sur un rétroréflecteur léger monté sur le cône d’un haut-parleur. Le montage vertical du haut-parleur minimise le mouvement anharmonique du haut-parleur causé par le poids du rétroréflecteur ainsi que le mouvement délétère (secousse) du rétroréflecteur lorsque le haut-parleur se déplace. 
Remarque : il faut s’assurer que le trajet du faisceau dans le rétroréflecteur est parallèle à l’axe de mouvement du haut-parleur (c’est-à-dire vertical). Associé à un générateur de fonctions et à un amplificateur de courant, le haut-parleur permet de balayer rapidement le retard inter-impulsions pendant l’expérience. L’amplificateur de courant est nécessaire pour assurer une amplitude de mouvement suffisamment grande du haut-parleur (>1 mm). La partie linéaire de la course du haut-parleur détermine la plage totale de retard d’impulsion accessible dans l’expérience.</li>
	<li>Assurez-vous que les deux faisceaux optiques sont parallèles et insérez une seule lentille (diamètre 5 cm, distance focale 50 cm) dans la trajectoire des deux faisceaux, comme le montre la figure 1. Cette lentille est utilisée pour focaliser les deux faisceaux sur l’échantillon contenu dans un cryostat optique, ce qui permet de maintenir l’échantillon à n’importe quelle température souhaitée entre 4 et 300 K.</li>
	<li>Le chevauchement spatial et temporel à la position de l’échantillon est optimisé en effectuant une autocorrélation à un foyer équivalent en préparation de la détection du signal de mélange à quatre ondes. (L’alignement d’autocorrélation est décrit dans la section 2.).</li>
	<li>Pour les expériences spectralement résolues et intégrées dans le temps (SR-FWM), envoyez l’émission de mélange à quatre ondes dans un monochromateur, en ajoutant une lentille pour faire la mise au point dans la fente d’entrée.</li>
	<li>Placez un détecteur à tube photomultiplicateur (PMT) à grande vitesse après le monochromateur pour détecter l’émission de mélange à quatre ondes résolue spectralement. Remarque : la haute tension appliquée au PMT ne doit être activée qu’avec le PMT dans l’obscurité.</li>
	<li>Connectez le signal de sortie PMT à un oscilloscope.</li>
	<li>À l’aide d’un générateur de fonctions et d’un amplificateur de courant, réglez le haut-parleur pour qu’il oscille à environ 30 Hz afin d’introduire une variation périodique du retard entre les impulsions E1 et E2. Effectuez une mesure du signal SR-FWM (signal PMT) en fonction du retard d’impulsion à l’aide de l’oscilloscope. L’étalonnage de l’axe temporel de l’oscilloscope est déterminé à l’aide du signal d’autocorrélation, comme décrit à la section 2.</li>
	<li>Pour le mélange à quatre ondes résolue en temps (TR-FWM), insérez un deuxième séparateur de faisceau 50/50 pour créer une troisième impulsion laser (appelée impulsion de porte), comme illustré à la figure 1.</li>
	<li>Cette ligne à retard contient un ensemble de miroirs montés sur une platine de translation manuelle pour un réglage grossier du retard d’impulsion de grille, et un second haut-parleur pour un balayage rapide du retard d’impulsion de grille.</li>
	<li>Retirez la lentille devant le monochromateur et insérez un miroir pour capter le faisceau de mélange à quatre ondes.</li>
	<li>Insérez une lentille pour focaliser l’émission de mélange à quatre ondes, avec l’impulsion de grille, dans un cristal non linéaire de borate de baryum bêta (BBO) taillé pour l’adaptation de phase de type I pour 800 nm à incidence normale. Effectuez une mesure de l’intensité de la deuxième harmonique en fonction du retard d’impulsion de grille à l’aide d’un autre PMT à grande vitesse.</li>
	<li>Mettez en place un chemin pour les mesures d’autocorrélation en insérant un grand miroir planaire devant le cryostat. Ce miroir est utilisé pour rediriger les impulsions E1 et E2 vers un second foyer. Ici, placez un deuxième cristal BBO. Remarque : les faisceaux d’entrée doivent être bloqués lors du mouvement de ce miroir planaire pour éviter les réflexions dangereuses.</li>
	<li>Effectuer une mesure du signal de la seconde harmonique résultant du chevauchement des impulsions E1 et E2 en fonction du retard entre les impulsions, qui est balayé à l’aide du haut-parleur sur le trajet de l’impulsion E2. Le signal de la seconde harmonique est détecté à l’aide d’une photodiode rapide et de l’oscilloscope. Au cours de cette mesure, l’alignement du compresseur d’impulsions est optimisé pour fournir la durée d’impulsion la plus courte possible, comme décrit plus en détail à la section 2.</li>
</ol>
2. Mesure et optimisation du pouls
<ol>
	<li> Insérez un grand miroir plan pour rediriger le point focal des deux faisceaux d’excitation de l’échantillon vers le foyer secondaire, comme le montre la figure 1.</li>
	<li>Placez le cristal BBO au point focal. Celui-ci est utilisé pour générer la deuxième harmonique à partir de la combinaison des deux impulsions d’entrée E1 et E2. Le support de cristal doit permettre des ajustements le long des trois axes spatiaux ainsi que la rotation.</li>
	<li>Placez un filtre optique passe-court après le cristal qui rejette la lumière de 800 nm et transmet la lumière de 400 nm.</li>
	<li>Deux faisceaux violets doivent être visibles sur une carte blanche placée après le filtre. Ces faisceaux correspondent à la deuxième harmonique de chaque impulsion E1 et E2 seule. Réglez l’angle de rotation du cristal de manière à ce qu’il soit à peu près à mi-chemin entre les angles donnant la luminosité maximale de chacun des deux points extérieurs. Ce sera l’angle approximatif qui optimise le faisceau d’autocorrélation sans bruit de fond de la deuxième harmonique à partir de la combinaison des deux impulsions d’entrée E1 et E2.</li>
	<li>Ajustez la longueur du trajet de l’impulsion E1 jusqu’à ce qu’un point harmonique central de seconde apparaisse. Ce point est l’autocorrélation de fond zéro résultant de la combinaison de E1 et E2.</li>
	<li>Insérez une photodiode rapide en silicium dans le chemin du second point harmonique central.</li>
	<li>Variez périodiquement la longueur du trajet de l’impulsion E2 à l’aide d’un générateur de fonctions et d’un amplificateur pour contrôler le mouvement du haut-parleur dans le chemin E2, comme décrit dans la section 1.</li>
	<li>Connectez la photodiode à un oscilloscope et enregistrez l’autocorrélation observée. Pour visualiser correctement l’autocorrélation, déclenchez l’oscilloscope sur une impulsion TTL à partir du générateur de fonctions. Il peut être nécessaire de retarder l’impulsion de déclenchement TTL à l’aide d’un générateur de retard numérique pour permettre d’observer l’autocorrélation sur un réglage pratique de l’axe temporel sur l’oscilloscope.</li>
	<li>Ajustez la longueur du trajet de l’impulsion E1 à l’aide de l’étage de translation manuelle et notez comment ce réglage décale la position temporelle du pic du deuxième signal harmonique sur l’oscilloscope. Les positions micrométriques enregistrées pour deux positions de crête successives peuvent être utilisées pour convertir l’axe temporel de l’oscilloscope en retard d’impulsion (en femtosecondes).</li>
	<li> Ajustez les positions des deux prismes dans le compresseur d’impulsions tout en visualisant le signal d’autocorrélation sur l’oscilloscope afin de vous assurer que le pic d’autocorrélation est aussi étroit que possible. La durée minimale d’impulsion obtenue dans ces expériences était d’environ 20 fsec.</li>
</ol>
3. Préparation des échantillons
<ol>
	<li>Pour nos expériences de mélange à quatre ondes, l’échantillon était constitué d’un substrat GaAs de 500 μm, d’une couche de gravure d’arrêt AlGaAs de 175 nm et d’un film mince de GaMnAs de 750 nm. Cet échantillon a été cultivé par épitaxie par faisceau moléculaire à l’Université de Notre Dame.</li>
	<li>Ces expériences de mélange à quatre ondes sont réalisées dans la géométrie de transmission, et par conséquent, le substrat doit être retiré. Placez une petite perle d’adhésif optique sur une fenêtre en saphir. Le saphir constitue un excellent substrat pour les expériences à basse température en raison de sa bonne transparence et de sa grande conductivité thermique. Placez l’échantillon avec la couche mince GaMnAs face vers le bas sur l’adhésif optique et appuyez uniformément pour éliminer l’excès de colle sous la surface de l’échantillon.</li>
	<li>Durcissez l’adhésif optique en exposant l’échantillon à une lampe ultraviolette pendant environ 6 heures. Le rayonnement de la lampe doit exposer l’échantillon du côté saphir pour durcir l’adhésif.</li>
	<li>À l’aide d’un système mécanique de polissage/meulage (p. ex. Buehler Beta Grinder-Polisher), retirez 300-400 μm du substrat. Cette étape réduit considérablement le temps nécessaire à la gravure chimique.</li>
	<li>Retirez le substrat restant en immergeant l’échantillon dans une solution d’acide citrique (5 parties 6,28 M) et de peroxyde d’hydrogène (1 partie, solution à 30 %). Lorsque la couche de gravure stop est atteinte, l’échantillon passe d’un gris terne à une finition miroir, ce qui indique qu’il peut être retiré de la solution. Le taux de gravure moyen pour le GaAs est de 20 μm/h et pour l’AlGaAs de 160 nm/h pour cette solution.</li>
	<li>Retirer l’échantillon de la solution acide et le rincer dans de l’eau déminéralisée, puis de l’acétone de qualité spectroscopique, puis du méthanol.</li>
	<li>Montez l’échantillon dans le cryostat optique au point focal des faisceaux E1 et E2. Évacuez et refroidissez le cryostat à la température souhaitée.</li>
</ol>
4. Mesure du signal de mixage à quatre ondes
<ol>
	<li>Une fois que le signal d’autocorrélation est optimisé, que l’échantillon a été monté dans le cryostat et que le cryostat a été refroidi, retirez le grand miroir plat utilisé pour rediriger la mise au point laser.</li>
	<li>Pour réaliser des expériences SR-FWM, focalisez le faisceau de signal de mixage à quatre ondes dans un monochromateur. Pour localiser le faisceau de signal de mixage à quatre ondes, localisez d’abord les points E1 et E2 transmis sur un outil d’alignement (avec les vecteurs d’onde k1 et k2) et utilisez leurs positions pour déterminer la position attendue du faisceau de signal de mixage à quatre ondes (2k2 - k1).</li>
	<li>Placez un PMT haute vitesse à la sortie du monochromateur et connectez-le à l’oscilloscope. Attention : la polarisation haute tension sur le tube photomultiplicateur ne doit être activée qu’avec le détecteur dans l’obscurité.</li>
	<li>Avec le générateur de fonctions et l’amplificateur sous tension, entraînant un mouvement périodique du haut-parleur sur le chemin de l’impulsion E2, utilisez un logiciel d’acquisition de données pour enregistrer la trace de l’oscilloscope pour chaque réglage de longueur d’onde souhaité du monochromateur. Cette trace se compose du signal de mixage à quatre ondes en fonction du retard entre les impulsions E1 et E2. La moyenne de la trace est calculée sur plusieurs balayages, dont le nombre est choisi à l’aide de l’oscilloscope numérique. 
	Remarque : Dans ce cas, la plage dynamique est limitée par le convertisseur analogique-numérique de l’oscilloscope. Si l’on souhaite une structure détaillée dans la queue du signal, on peut soit augmenter la sensibilité de l’échelle de tension, soit acquérir le signal de mixage à quatre ondes à l’aide d’une carte d’acquisition de données rapide au lieu d’un oscilloscope</li>
	<li>Pour effectuer des mesures TR-FWM, retirez la lentille focalisant le faisceau dans le monochromateur et insérez un miroir pour capter le faisceau de signal de mixage à quatre ondes.</li>
	<li>Focalisez le faisceau de mélange à quatre ondes et l’impulsion de grille dans un cristal BBO, suivi d’un filtre optique qui ne fait passer que la somme des faisceaux de fréquence.</li>
	<li>Effectuez une mesure de la corrélation croisée entre le signal et l’impulsion de gate à l’aide d’un PMT. Variez le retard d’impulsion de gate en connectant le générateur de fonctions et l’amplificateur au haut-parleur dans le chemin d’impulsion de gate.</li>
	<li>Enregistrez le signal TR-FWM à l’aide d’un logiciel d’acquisition de données pour enregistrer le tracé de l’oscilloscope pour les valeurs fixes du retard entre les impulsions E1 et E2, qui peuvent être réglées à l’aide de l’étage de translation manuelle dans le trajet du faisceau pour l’impulsion E1.</li>
</ol>

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<li>Hall, K. C., Zahn, J. P., Gamouras, A., March, S., Robb, J. L., Liu, X., Furdyna, J. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ultrafast+optical+control+of+coercivity+in+GaMnAs%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Phys.+Lett%22%5BJournal%5D)">Ultrafast optical control of coercivity in GaMnAs.</a> Appl. Phys. Lett. 93, 032504-032507 (2008).</li>
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<li>Yildirim, M., March, S., Mathew, R., Gamouras, A., Liu, X., Dobrowolska, M., Furdyna, J. K., Hall, K. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electronic+structure+of+Ga1-xMnxAs+probed+by+four-wave+mixing+spectroscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+B%22%5BJournal%5D)">Electronic structure of Ga1-xMnxAs probed by four-wave mixing spectroscopy.</a> Phys. Rev. B. 84, 121202(R)-121206(R) (2011).</li>
<li>Yildirim, M., March, S., Mathew, R., Gamouras, A., Liu, X., Dobrowolska, M., Furdyna, J. K., Hall, K. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Interband+dephasing+and+photon+echo+response+in+GaMnAs%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Phys.+Lett%22%5BJournal%5D)">Interband dephasing and photon echo response in GaMnAs.</a> Appl. Phys. Lett. 101, 062403-062406 (2012).</li>
<li>Burch, K. S., Stephens, J., Kawakami, R. K., Awschalom, D. D., Basov, D. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ellipsometric+study+of+the+electronic+structure+of+Ga1-xMnxAs+and+low+temperature+GaAs%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+B%22%5BJournal%5D)">Ellipsometric study of the electronic structure of Ga1-xMnxAs and low temperature GaAs.</a> Phys. Rev. B. 70, 205208-205217 (2004).</li>
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<li>Troiani, F., Hohenester, U., Molinari, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Exploiting+exciton-exciton+interactions+in+semiconductor+quantum+dots+for+quantum-information+processing%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+B%22%5BJournal%5D)">Exploiting exciton-exciton interactions in semiconductor quantum dots for quantum-information processing.</a> Phys. Rev. B. 62, R2263-R2266 (2000).</li>
<li>Biolatti, E., Lotti, R. C., Zanardi, P., Rossi, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Quantum+information+processing+with+semiconductors+macroatoms%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+Lett%22%5BJournal%5D)">Quantum information processing with semiconductors macroatoms.</a> Phys. Rev. Lett. 85, 5647-5650 (2000).</li>
</ol>

Les auteurs n’ont rien à divulguer.

La technique de mélange à quatre ondes peut être utilisée pour mesurer l’échelle de temps de décroissance de la cohérence sur les transitions optiques dans une large gamme de systèmes de matériaux. Pour une variété d’applications en électronique avancée et en optoélectronique, ce temps de déphasage est d’une importance cruciale. Par exemple, dans les applications d’informatique quantique (pour lesquelles les transitions d’excitons dans les semi-conducteurs représentent le bit quantique fondamental dans plusieurs propositions36-38), le temps de déphasage détermine la fenêtre temporelle pendant laquelle les opérations quantiques et la correction d’erreurs doivent être effectuées. L’échelle de temps de la décroissance de la cohérence est dictée par les processus de diffusion les plus rapides des électrons et des trous dans le matériau, de sorte que les mesures du temps de déphasage donnent également un aperçu de la nature et de l’intensité des interactions associées responsables de ces processus de diffusion rapide. Le type d’interactions impliquées dépendra fortement de la système semi-conducteur à l’étude, et régira à la fois le transport et la décomposition de cohérence dans toute application de dispositif utilisant ce matériau. La méthode de mélange à quatre ondes fournit donc un outil important pour caractériser les matériaux d’intérêt pour les dispositifs électroniques et optoélectroniques de prochaine génération. Dans de telles études, la résolution temporelle est la limitation la plus importante. Cette résolution est dictée par la durée de l’impulsion optique, qui doit être plus court que le temps de déphasage dans le matériau étudié. La configuration expérimentale spécifique décrite ici est idéalement appliquée à l’étude des processus de décroissance rapide (< quelques picosecondes). Pour la mesure de la dynamique temporelle plus lente, des méthodes de détection de verrouillage et un étage de retard à balayage lent avec une plus grande amplitude de mouvement sont couramment utilisés.
Nous expliquons ici l’utilité de cette technique pour l’étude des semi-conducteurs magnétiques dilués III-V, dans lesquels un fort couplage d’échange trou-Mn conduit au ferromagnétisme médié par porteur. La diffusion en spin-flip entre les trous et les ions Mn est également causée par l’interaction d’échange trou-Mn. Nous avons montré que des techniques de mélange à quatre ondes peuvent être utilisées pour obtenir une mesure directe de l’échelle de temps de ce processus, ce qui donne un aperçu du couplage d’échange dans cette importante classe de matériaux. Nous avons également montré que la non-linéarité de la technique de mélange à quatre ondes fournit une sonde très sensible des états de bord de bande dans ces matériaux, fournissant des signatures claires du processus d’hybridation (s,p)-d qui est à l’origine du couplage d’échange fort dans ce système. La sensibilité accrue du mélange à quatre ondes par rapport aux techniques optiques linéaires (e.g. l’absorption, l’ellipsométrie, le dichroïsme circulaire magnétique) à ces états de bord de bande découle de la non-linéarité de cette technique, qui supprime les contributions liées aux défauts à la réponse optique.
Ce travail jette les bases des applications de cette technique pour étudier les principales propriétés physiques d’intérêt, telles que la structure électronique et le couplage d’échange, dans une large gamme de semi-conducteurs magnétiques dilués III-V. Cela permettra à ces matériaux d’être conçus pour des applications dans la spintronique des semi-conducteurs, y compris toute une série de dispositifs électroniques et optoélectroniques magnétosensibles.

III-V Les semi-conducteurs magnétiques dilués présentent un couplage ferromagnétique médié par des porteurs (trous), permettant une manipulation externe des caractéristiques magnétiques à l’aide du contrôle électrique et optique de la population de porteuses. Cette caractéristique rend ces matériaux attrayants pour toute une série de dispositifs électroniques et optoélectroniques magnétosensibles1-15, y compris l’intégration possible de la logique et de la mémoire. 11-15 La réalisation de telles applications nécessite une bonne compréhension des propriétés fondamentales de ces matériaux ; cependant, la grande densité de défauts associés à leur croissance à basse température (essentielle pour l’incorporation substitutive de dopants magnétiques tels que le Mn) complique fortement le traitement théorique du couplage d’échange et de l’ordre ferromagnétique16-18. Ces défauts entravent également l’interprétation du transport et les expériences optiques linéaires sur ces matériaux19-24.
L’utilité de la technique optique non linéaire de la spectroscopie de mélange à quatre ondes pour acquérir de nouvelles connaissances sur ces matériaux a récemment été révélée dans des expériences sur GaMnAs25,26, représentant le prototype de semi-conducteur magnétique dilué III-V. Il a été démontré que la non-linéarité de la technique offre une sensibilité beaucoup plus grande à la structure fine dans la densité de joint optique des états, indiquant une forte amélioration de la réponse optique interbande avec l’incorporation de Mn25. Cette observation est une signature de l’hybridation (s,p)-d qui avait été récemment prédite dans des calculs de liaison serrée18.Cette nouvelle perspective a été rendue possible par le faible moment dipolaire optique associé aux transitions impliquant les états de défaut à mi-écart, qui masquent ces effets de l’hybridation dans les expériences optiques linéaires27. La haute résolution temporelle de la technique de mélange à quatre ondes a également été utilisée pour obtenir la première mesure directe de l’échelle de temps de la diffusion du spin flip trou-Mn dans ce système26,Ces expériences ont également montré que la réponse optique de ce matériau est un écho de photons, indiquant que le temps de déphasage est indépendant de l’énergie porteuse malgré la localisation induite par le défaut.
Nous présentons ici une description détaillée de la technique de mélange à quatre ondes utilisée dans les références25,26, illustrant comment elle peut être utilisée pour mesurer le temps de déphasage (T2), la réponse spectrale non linéaire (de troisième ordre) et la nature de l’élargissement (homogène ou inhomogène) dans un matériau d’intérêt. Des configurations expérimentales résolues spectralement et temporellement résolues sont présentées, ainsi qu’une explication de l’autocorrélation de fond zéro technique utilisée en conjonction avec un compresseur de prisme pour minimiser la durée de l’impulsion à la position de l’échantillon. Cette durée d’impulsion détermine la résolution temporelle globale de la technique et doit être inférieure à 30 fsec pour résoudre la diffusion par retournement de spin dans GaMnAs. Le processus de gravure utilisé pour préparer les échantillons de GaMnAs pour les expériences dans la géométrie de transmission est également mis en évidence. Ce travail s’appuie sur l’utilité établie des techniques de mélange à quatre ondes pour l’étude de la diffusion processus et effets à N corps dans les semi-conducteurs traditionnels28-32 en l’étendant à l’étude des interactions fondamentales et de la structure électronique dans les semi-conducteurs magnétiques dilués. Nos résultats auront des implications pour l’ingénierie à long terme de ces nouveaux matériaux magnétiques.

<table><tbody><tr><td>Ti :Sapphire Oscillator</td><td>Coherent</td><td>Mira-Seed</td><td>Partie du système laser complet</td></tr><tr><td>Étape de traduction manuelle</td><td>Newport</td><td>462</td><td>Quantité : 2</td></tr><tr><td>Composants optiques/optomécaniques</td><td>Thorlabs, autres</td><td>Divers</td><td></td></tr><tr><td>Alimentation régulée en courant continu</td><td>Tenma</td><td>72-6628</td><td></td></tr><tr><td>Générateur de fonction</td><td>GW Instek</td><td>GFG-8216A</td><td></td></tr><tr><td>Générateur de retard numérique</td><td>Stanford Research Systems</td><td>DG645</td><td></td></tr><tr><td>Amplificateur de haut-parleur</td><td>Sony</td><td>XM-222W</td><td></td></tr><tr><td>Photodétecteur au silicium</td><td>Thorlabs</td><td>PDA36A</td><td></td></tr><tr><td>Tube photomultiplicateur</td><td>Hamamatsu</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Oscilloscope numérique</td><td>Tektronix</td><td>TDS2024B</td><td></td></tr><tr><td>Cryostat optique</td><td>Janis</td><td>ST-300</td><td></td></tr><tr><td>Cornerstone 260 Monochromateur</td><td>Newport</td><td>Newport 74110</td><td></td></tr><tr><td>Fenêtre saphir</td><td>Général Rubis et saphir</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Acide citrique</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>C1909</td><td></td></tr><tr><td>Adhésif optique</td><td>Norland</td><td>Thorlabs NOA61</td><td></td></tr><tr><td>Solution de peroxyde d’hydrogène</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>H3410</td><td></td></tr><tr>Eau <td></td><td></td><td>déminéralisée</td><td>Eau d’un système d’eau de type I</td></tr></tbody></table>

mesure de la cohérence decay en gamnas utilisation femtoseconde mélange à quatre ondes

Measurement of Coherence Decay in GaMnAs Using Femtosecond Four-wave Mixing

L’application du mélange femtoseconde à quatre ondes à l’étude des propriétés fondamentales des semi-conducteurs magnétiques dilués (hybridation ((s,p)-d, diffusion spin-flip) est décrite, à l’aide d’expériences sur GaMnAs en tant que prototype de système III-Mn-V. Des configurations expérimentales résolues spectralement et temporellement résolues sont décrites, y compris l’utilisation de techniques d’autocorrélation sans bruit de fond pour l’optimisation des impulsions. Le processus de gravure utilisé pour préparer des échantillons de GaMnAs La haute résolution temporelle de cette technique, offerte par l’utilisation d’impulsions optiques courtes (20 fsec), permet d’étudier directement dans le domaine temporel le processus de diffusion rapide de spin-flip dans ce système, fournissant ainsi de nouvelles informations sur le fort couplage d’échange responsable du ferromagnétisme médié par porteuse. Nous montrons également que la résolution spectrale du signal de mélange à quatre ondes permet d’extraire des signatures claires de (s, L’hybridation p)-d dans ce système, contrairement aux techniques de spectroscopie linéaire. Cette sensibilité accrue est due à la non-linéarité de la technique, qui supprime les contributions liées aux défauts à la réponse optique. Cette méthode peut être utilisée pour mesurer l’échelle de temps de la décroissance de la cohérence (liée aux processus de diffusion les plus rapides) dans une grande variété de systèmes semi-conducteurs d’intérêt pour l’électronique et l’optoélectronique de prochaine génération.

Des résultats typiques d'une expérience SR-FWM sur du GaxMn1-xAs (x = 0,005 %) sont présentés dans Figure 2(b), ainsi que les résultats obtenus sur un échantillon de référence de GaAs cultivé dans les mêmes conditions de basse température (Figure 2(a)). La réussite des expériences est indiquée par un rapport signal sur bruit élevé, permettant d'évaluer clairement les variations de l'amplitude du signal (indiquées par l'échelle de couleurs) en fonction du délai temporel et de l'énergie des photons. Un rapport signal sur bruit élevé est obtenu en optimisant soigneusement la position de l'échantillon afin de localiser une zone nette sur l'échantillon avec une diffusion minimale de la lumière provenant des impulsions d'excitation. Une expérience réussie exige également que l'épaisseur de l'échantillon soit comparable à la profondeur d'absorption pour l'énergie des photons des impulsions d'excitation. Ceci maximise le signal optique provenant de l'échantillon sans introduire d'effets de propagation qui compliqueraient l'analyse. Pour les résultats dans Figure 2, la densité optique était de 0,2. L'élargissement du signal SR-FWM vers les hautes énergies dans le GaMnAs par rapport au GaAs est attribué à l'influence de l'hybridation (s,p)-d du Mn substitutif dans le cristal hôte GaAs sur la densité d'états de la bande de valence25.
Une coupe des données bidimensionnelles de SR-FWM dans la Figure 2(b) est présentée dans la Figure 3(a) pour une énergie de photon fixe de 1,533 eV, illustrant la dépendance du signal par rapport au délai entre les impulsions d'excitation. Ce signal dépendant du délai peut être ajusté à l'aide d'un modèle analytique33 convolué avec le profil fini de l'impulsion laser (mesuré à l'aide de techniques d'autocorrélation sans fond), permettant d'extraire le temps de déphasage des paires électron-trou (T2 = 65 fsec pour les données présentées). Ces ajustements sont indiqués par les courbes continues dans la Figure 3. Si les effets à plusieurs corps jouent un rôle important dans l'échantillon étudié, une analyse plus complexe peut être nécessaire34,35. C'est le cas des données de SR-FWM dans l'arséniure de gallium (GaAs) à croissance à basse température de la Figure 2(a) au niveau de l'exciton (1,515 eV), où le signal est médié par la diffusion de l'exciton avec des transitions de porteurs libres34. Dans le GaMnAs pour des énergies supérieures à la bande interdite du GaAs, le modèle plus simple à deux niveaux fournit un bon accord, indiquant l'absence d'effets à plusieurs corps. De tels effets contribuent beaucoup plus fortement dans le GaAs traditionnel, cultivé à des températures élevées25,26,35.
Les résultats d'expériences de TR-FWM sur le même échantillon de GaMnAs sont présentés dans la figure 3(b). Pour ces données, le délai entre les deux impulsions d'excitation est de 54 fsec, et l'axe horizontal montre l'enveloppe du signal en fonction du temps d'arrivée de l'impulsion de déclenchement par rapport à l'impulsion de signal de mélange à quatre ondes au niveau du cristal BBO. La position du signal maximal dans les expériences de TR-FWM fournit un moyen de distinguer les transitions optiques homogènement élargies des transitions optiques inhomogènement élargies, illustrées schématiquement dans la figure 4. Dans ce dernier cas, l'excitation simultanée de transitions optiques ayant une gamme d'énergies de résonance conduit à une rephasage des polarisations à toutes les énergies à un temps t ≈ 2tD, où t est le temps d'arrivée de l'impulsion de déclenchement par rapport à l'impulsion de mélange à quatre ondes et tD est le délai entre les impulsions E1 et E2. Ici, t = 0 correspond au temps d'arrivée de l'impulsion E1. Dans la figure 3(b), tD = 54 fsec, et le signal de TR-FWM atteint un maximum à t ≈ 100 fsec, indiquant une réponse en écho de photon pour les transitions optiques interbandes dans ce système. Le signal de TR-FWM pour une gamme de valeurs du délai inter-impulsions tD est montré dans la figure 5, indiquant un décalage du signal vers des valeurs plus élevées de t avec l'augmentation de tD. L'excellente concordance simultanée entre le modèle analytique et les résultats de SR-FWM (figure 3(a)) et de TR-FWM (figure 3(b)) indique que les effets à plusieurs corps ne contribuent pas de manière significative et que le taux de déphasage est indépendant de l'énergie de transition des paires électron-trou, malgré la localisation induite par les défauts dans ce système. À partir de la comparaison avec des données obtenues sur des échantillons de GaAs fabriqués à basse température ainsi que sur du GaAs fabriqué à haute température, le processus dominant de déphasage est identifié comme étant la diffusion de retournement de spin trou-Mn26, fournissant ainsi un nouvel éclairage sur l'interaction d'échange responsable de l'ordre ferromagnétique dans ce système.
<img alt="Schéma du dispositif de spectroscopie ultrarapide avec trajet du laser, cryostat, compresseur d'impulsions, PMT." fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/51094/51094fig1highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51094/51094fig1.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Figure 1"> 
Figure 1. Schéma du dispositif de mélange à quatre ondes.
<img alt="Transient absorption spectra, time-energy plot; diagram showing spectral changes over time delay." fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/51094/51094fig2highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51094/51094fig2.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Figure 2"> 
Figure 2. Les résultats de SR-FWM issus de mesures effectuées sur du GaAs à croissance à basse température (à gauche) et sur du Ga1-xMnxAs avec x = 0,005 % (à droite). L'axe vertical représente l'énergie des photons à laquelle le signal est détecté, sélectionnée à l'aide du monochromateur, et l'axe horizontal représente le délai entre les impulsions E1 et E2. Toutes les données présentées ont été obtenues avec les échantillons à 10 K. Adapté avec autorisation de la référence25.
<img alt="Transient absorption spectroscopy graphs; delay vs. time; photon energy 1.533 eV; signal fitting." fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/51094/51094fig3highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51094/51094fig3.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Figure 3"> 
Figure 3. (a) Résultats de la SR-FWM en fonction du délai interpulsationnel dans le Ga1-xMnxAs pour x = 0,005 % à une énergie de photon de 1,533 eV ; (bLes résultats de TR-FWM dans le même échantillon en fonction du temps d'arrivée de l'impulsion porte par rapport à l'impulsion de mélange à quatre ondes au niveau du cristal BBO utilisé pour la génération de fréquence somme, indiquent l'enveloppe temporelle de l'impulsion de mélange à quatre ondes. Pour ces données, le délai entre les impulsions E1 et E2 est fixé à 54 femtosecondes. Les lignes continues représentent des ajustements effectués à l'aide du modèle analytique décrit dans la référence33. Toutes les données présentées ont été obtenues avec l'échantillon à 10 K. La partie (b) est adaptée avec autorisation de la référence26.
<img alt="Élargissement homogène et élargissement inhomogène ; schéma d'excitation optique ; concept d'analyse spectrale." fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/51094/51094fig4highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51094/51094fig4.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Figure 4"> 
Figure 4. Représentation schématique d'un système à deux niveaux élargi homogènement (à gauche) et élargi inhomogènement (à droite).
<img alt="Transient absorption spectroscopy graph showing delay-time data for optical excitation analysis." fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/51094/51094fig5highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51094/51094fig5.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Figure 5"> 
Figure 5. Résultats de TR-FWM pour le Ga1-xMnxAs avec x = 0,005 % en fonction du temps d'arrivée de l'impulsion de commande par rapport à l'impulsion de mélange à quatre ondes au niveau du cristal BB0 utilisé pour la génération de fréquence somme.  Le signal est représenté pour différentes valeurs du délai entre les impulsions E1 et E2, indiquées sur l'axe vertical.

La technique de mélange femtoseconde à quatre ondes est décrite, y compris les configurations résolues spectralement et temporellement. Nous illustrons l’utilité de cette technique pour l’étude des propriétés physiques cruciales des semi-conducteurs magnétiques dilués III-V, grâce à sa non-linéarité et à sa haute résolution temporelle.

Mesure de la cohérence Decay en GaMnAs Utilisation femtoseconde mélange à quatre ondes

The application of femtosecond four-wave mixing to the study of fundamental properties of diluted magnetic semiconductors ((s,p)-d hybridization, ...

L'objectif de cette expérience est de mesurer le temps d'effacement dans l'arséniure de gallium et de manganèse dopé au manganèse avec une haute résolution temporelle en utilisant la technique du mélange d'ondes complet. Ceci est réalisé à l'aide de deux impulsions optiques incidentes sur l'échantillon ayant des vecteurs d'onde, K un et K deux. Ensemble, ces impulsions excitent des transitions optiques qui sont en résonance avec l'impulsion laser, conduisant à l'excitation d'une densité de polarisation électronique cohérente.Cette polarisation émet de la lumière dans la direction 2K deux moins K un. Il s'agit du signal de mélange à quatre ondes. La résolution temporelle de cette technique est déterminée par la durée de l'impulsion optique.Cette durée est minimisée en mesurant la largeur de l'autocorrélation des impulsions tout en ajustant un compresseur d'impulsions. L'autocorrélation est détectée par la mesure de l'intensité du deuxième harmonique générée par les impulsions jumelles en fonction du délai inter-impulsions. Les échantillons utilisés pour ces expériences ont été fabriqués par épitaxie en faisceau moléculaire par EK Ena et ses collaborateurs à l'Université de Notre Dame.Ils sont préparés pour les expériences en collant la surface sur une fenêtre de saphir et en retirant le substrat avec l'échantillon au foyer du laser. Une mesure de l'intensité de la lumière émise par le mélange à quatre ondes est effectuée en fonction de la longueur d'onde, grâce à une résolution spectrale utilisant un monochromateur, ainsi qu'en fonction du délai interimpulsionnel. L'enveloppe temporelle du signal de mélange à quatre ondes est également mesurée à l'aide d'une troisième impulsion laser, en réalisant une corrélation croisée de cette impulsion, appelée impulsion porte, avec le signal de mélange à quatre ondes par un processus de génération de fréquence. On obtient finalement une mesure du temps de déphasage, également appelé temps T₂ ou temps de décrochage de cohérence, pour les paires électron-trou.Excité par les transitions interbandes résonnantes dans l'échantillon semi-conducteur. On peut utiliser ces résultats pour distinguer un système à deux niveaux isolé d'un ensemble de transitions étroitement espacées. Ce dernier conduit à un appelé écho de photon et à la réponse de mélange à quatre ondes résolue en temps.Grâce à cette technique, nous pouvons résoudre temporellement les processus de diffusion les plus rapides des électrons et des trous dans le système semi-conducteur. L'étude de ces processus de diffusion régit à la fois le transport et la décroissance de la cohérence, ce qui fait de cette technique un outil utile pour l'analyse de matériaux semi-conducteurs d'intérêt pour de nouveaux dispositifs optiques, électroniques et spintroniques. Nous avons montré ici que la décroissance de la cohérence dans l'arséniure de gallium-manganèse se produit par diffusion avec retournement de spin entre les trous et les ions manganèse, ce qui nous permet d'obtenir une mesure directe de l'échelle de temps de ce processus important.Ceci fournit un nouvel aperçu du couplage d'échange responsable de l'ordre magnétique FARO. Dans ce système, l'arséniure de gallium manganèse et d'autres matériaux appartenant à la famille des semi-conducteurs magnétiques dilués trois-cinq pourraient à terme permettre l'intégration des fonctions logiques et de mémoire au sein du matériel informatique. Il s'agit d'un volet du domaine de recherche plus vaste que constitue la spintronique semi-conductrice ; nos résultats ont donc des implications pour l'ingénierie à long terme de ces matériaux, en illustrant la puissance et la souplesse des techniques de mélange à quatre ondes pour comprendre leurs propriétés fondamentales. Le dispositif optique pour le mélange à quatre ondes résolu en temps et en spectre se compose d'un ensemble de miroirs et de diaphragmes utilisés quotidiennement pour retrouver l'alignement de base des faisceaux optiques dans le montage.Cela est suivi par un compresseur d'impulsions qui introduit une dispersion de vitesse de groupe négative afin de compenser la dispersion de vitesse de groupe positive causée par les lentilles et les fenêtres optiques sur le trajet vers l'échantillon. Après le compresseur, un séparateur de faisceau est utilisé pour diviser les impulsions entrantes provenant du laser en deux impulsions d'excitation, E une et E deux. Le trajet d’E une comprend une paire de miroirs montés sur une platine de translation manuelle, utilisée pour effectuer des réglages grossiers du délai entre les impulsions E une et E deux. Le trajet de l’impulsion E deux descend vers un rétro-réflecteur léger fixé sur le cône d’un haut-parleur.En combinaison avec un générateur de fonctions et un amplificateur de courant, l’enceinte acoustique permet de balayer rapidement le délai entre les impulsions. Pendant l'expérience, les deux faisceaux sont ensuite focalisés à l'aide d'une lentille unique sur l'échantillon, contenu dans un cryostat optique. Cela permet de maintenir l'échantillon à toute température souhaitée comprise entre quatre kelvins et 300 kelvins.Pour des expériences intégrées dans le temps et résolues spectralement, l'émission du mélange à quatre ondes est dirigée à travers une lentille vers un monochromateur et détectée à l'aide d'un photomultiplicateur à grande vitesse. Le signal du photomultiplicateur est mesuré en fonction du retard entre les impulsions, tandis que la position du haut-parleur est balayée. Utilisation d'un oscilloscope pour le mélange à quatre ondes résolu dans le temps.Une troisième impulsion laser est dérivée à l’aide d’un autre séparateur de faisceau et envoyée à travers une ligne à retard optique distincte contenant un autre haut-parleur. Cette impulsion est mélangée avec le signal de mélange à quatre ondes dans un cristal non linéaire au borate de baryum bêta ou BBO, et la lumière résultante de fréquence somme est détectée par un autre tube photomultiplicateur. La durée des impulsions d’excitation est mesurée et optimisée en redirigeant les deux impulsions d’excitation E un et E deux vers un second point focal ici.Un autre cristal BBO est placé sur le signal du second harmonique résultant du recouvrement des impulsions. E un et E deux sont mesurés en fonction du délai entre les impulsions. La durée de l'impulsion est mesurée en insérant d'abord un grand miroir plan permettant de rediriger le point focal des deux faisceaux d'excitation, du prélèvement vers un foyer secondaire.Un cristal non linéaire taillé pour un couplage de phase de type I à 800 nanomètres à incidence normale est placé au point focal. Le porte-cristal permet un ajustement le long des trois axes spatiaux ainsi qu'une rotation. Un filtre optique qui bloque les 800 nanomètres et laisse passer les 400 nanomètres est positionné après le cristal non linéaire. La lumière d'harmonique seconde provenant des impulsions d'excitation est ainsi recueillie.L'angle du cristal qui optimise l'harmonique secondaire provenant de la combinaison des deux impulsions d'excitation est l'angle d'incidence normale ou un angle intermédiaire entre ceux qui produisent l'intensité maximale des deux taches latérales. La longueur de trajet de l'impulsion E1 est ajustée jusqu'à ce que la tache centrale d'harmonique secondaire apparaisse sur la carte blanche. Cette tache centrale correspond à l'autocorrélation.Une photodiode rapide utilisée pour détecter l'autocorrélation est alignée sur le faisceau central. Le générateur de fonction et l'amplificateur commandant le mouvement du haut-parleur sont enclenchés, provoquant une variation périodique de la longueur de trajet de l'impulsion. E deux.Le signal d'auto-corrélation résultant peut être observé en reliant la photodiode à l'oscilloscope. L'axe temporel de l'oscilloscope peut être converti en retard d'impulsion en femtosecondes en corrélant la longueur de trajet de l'impulsion E1, ajustée par le dispositif de translation manuel, avec la position temporelle du signal maximal du deuxième harmonique sur l'oscilloscope. La durée de l'impulsion est minimisée en ajustant les prismes du compresseur d'impulsions tout en observant le signal d'auto-corrélation sur l'oscilloscope, afin de le rendre aussi étroit que possible.La durée d'impulsion minimale atteinte est d'environ 20 femtosecondes. Nos échantillons sont constitués d'un substrat d'arséniure de gallium de 500 microns, d'une couche d'arséniure d'aluminium et de gallium de 175 nanomètres et d'un film mince d'arséniure de gallium et de manganèse de 750 nanomètres. Pour les expériences en géométrie de transmission, le substrat doit être retiré.Tout d'abord, l'échantillon est placé, côté échantillon vers le bas, sur une petite goutte d'adhésif optique déposée sur une fenêtre en saphir. L'échantillon est ensuite appuyé uniformément afin d'éliminer l'excès de colle présent sous la surface de l'échantillon. Pour polymériser l'adhésif optique, l'échantillon est placé sous une lampe à ultraviolets pendant environ six heures. Entre 300 et 400 micromètres du substrat sont ensuite retirés par meulage.Le substrat restant est éliminé par immersion dans une solution d'acide citrique et de peroxyde d'hydrogène. Lorsque la couche d'arrêt de gravure est atteinte, l'apparence de l'échantillon passe d'un gris terne à un fini miroir, indiquant qu'il peut être retiré de la solution. Après rinçage dans de l'eau déionisée, l'échantillon est prêt à être monté dans le cryostat pour des expériences de mélange à quatre ondes.Une fois que le signal d'auto-corrélation est optimisé et que l'échantillon a été placé dans le cryostat, le grand miroir plan utilisé pour la mesure des impulsions est retiré. Pour des expériences de mélange à quatre ondes résolues spectralement mais intégrées dans le temps, le faisceau signal est focalisé dans un monochromateur. Un outil d'alignement permet de localiser spatialement le signal de mélange à quatre ondes en alignant les taches de faisceau correspondant aux impulsions E un et E deux.Sur les croisements, un tube photomultiplicateur ou PMT est placé après le monochromateur et raccordé à l'oscilloscope. Remarque : la tension d'alimentation élevée du PMT ne doit être activée que lorsque le détecteur est à l'obscurité. Un logiciel d'acquisition de données est utilisé pour enregistrer la trace de l'oscilloscope, qui correspond au signal de mélange à quatre ondes en fonction du délai entre les impulsions E1 et E2 pour chaque longueur d'onde souhaitée. Pour les expériences de mélange à quatre ondes résolues en temps, la lentille focalisant dans le monochromateur est retirée et un miroir est inséré afin de prélever le faisceau du signal de mélange à quatre ondes.Le faisceau de mélange à quatre ondes est focalisé conjointement avec un faisceau de commande dans un cristal non linéaire, suivi d'un filtre permettant de ne transmettre que le faisceau de fréquence somme. La corrélation croisée du signal de mélange à quatre ondes et de l'impulsion de commande est ensuite mesurée en fonction du délai de l'impulsion de commande. À l'aide d'un PMT, le délai de l'impulsion de commande est modulé en connectant le générateur de fonction et l'amplificateur au haut-parleur situé dans le trajet de l'impulsion de commande.Le signal résolu en fonction du temps est ensuite enregistré à l'aide du logiciel d'acquisition de données en enregistrant la trace de l'oscilloscope pour des valeurs fixes du délai entre les impulsions E une et E deux. Ce délai inter-impulsion est réglé à l'aide du dispositif de translation manuel situé dans le trajet du faisceau pour l'impulsion E une. Des résultats typiques d'expériences de mélange à quatre ondes résolu en fonction du spectre sont présentés pour un échantillon de référence d'arséniure de gallium à croissance à basse température (à gauche) et pour l'arséniure de gallium-manganèse avec une fraction de manganèse de cinq millièmes de pour cent.À droite, les données sont présentées en fonction de l'énergie des photons et du délai temporel entre les impulsions E une et E deux. L'élargissement du signal vers des énergies plus élevées dans l'arséniure de gallium et de manganèse est attribué à une densité accrue d'états dans la bande de valence, provoquée par l'hybridation de type SPD du manganèse substitutionnel au sein du cristal hôte d'arséniure de gallium. Notre objectif consiste à mesurer le temps de déphasage dans l'arséniure de gallium et de manganèse pour les porteurs situés au-dessus de la bande interdite de l'arséniure de gallium.Dans ce cas, nous nous concentrons sur le signal intégré dans le temps à une énergie photonique de 1,533 eV, c'est-à-dire le signal d'optique non linéaire à quatre ondes intégré dans le temps en fonction du délai inter-impulsion dans l'arséniure de gallium manganèse. Ce dernier est représenté à gauche pour une énergie photonique de 1,533 eV. Le signal d'optique non linéaire à quatre ondes résolu en temps dans le même échantillon est représenté à droite en fonction du temps de piégeage pour un délai inter-impulsion de 54 femtosecondes.Le temps de disparition est extrait de ces résultats en effectuant un ajustement à l’aide d’un modèle analytique indiqué par les courbes continues. Le temps de déphasage extrait T₂ dans l’arséniure de gallium et manganèse est de 65 femtosecondes. En comparant ces données avec celles obtenues dans des échantillons d’arséniure de gallium élaborés à haute et basse température, on identifie comme processus dominant de déphasage la diffusion par retournement complet du spin du manganèse. On peut utiliser ces expériences de mélange à quatre ondes résolues en temps pour distinguer un système isolé à deux niveaux, qui conduit à une décroissance par induction libre, d’un ensemble de transitions étroitement espacées, qui conduit à un écho photonique. Les résultats mesurés dans l’arséniure de gallium et manganèse présentent la signature caractéristique d’un écho photonique, avec un pic de signal qui se déplace vers des temps positifs lorsque le délai entre les impulsions augmente.Le pic apparaît à environ deux fois le délai entre les impulsions. La bonne concordance entre le modèle analytique relatif à une transition élargie de façon hétérogène et les résultats mesurés indique que les effets à plusieurs corps n'ont pas une contribution significative, et que le temps de déphasage est indépendant de l'énergie du photon malgré la localisation induite par les défauts dans ce système. Après avoir visionné cette vidéo, nous espérons que vous aurez bien compris la technique du mélange de forage en femtoseconde.Ce travail jette les bases de l'application de cette technique à l'étude de propriétés fondamentales essentielles dans les semi-conducteurs magnétiques dilués, telles que la structure électronique et le couplage d'échange, ainsi qu'à la mesure de l'échelle de temps du déclin de la cohérence dans d'autres matériaux nouveaux présentant un intérêt pour l'électronique de prochaine génération.

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