Тип проекта: РНФ
Название проекта: «Спектроскопия спиновых шумов — новые пути развития»
Руководитель проекта: В.С. Запасский
№ РНФ: 17-12-01124
№ СПбГУ: 11.53.626.2017
Начало проекта: 2017
Конец проекта: 2019
Исполнители:
Г. Г. Козлов
И. И. Рыжов
М. Ю. Петров
И. А. Соловьев
Р. А. Потехин
В. И. Юдин
Аннотация: Стандартные методы физических измерений, как правило, подразумевают изучение отклика системы на приложенное внешнее возмущение. Известен, однако, принципиально иной, более экзотический, но не менее информативный подход к физическим измерениям, который основан на регистрации спонтанных флуктуаций невозмущенной системы.
В оптике измерения такого рода обычно сводятся к исследованиям спектров флуктуаций интенсивности света. Эта область оптики, известная как спектроскопия шумов интенсивности (а также как корреляционная спектроскопия или спектроскопия оптического смешения) находит применение главным образом в исследованиях динамики жидких макромолекулярных структур. В 1981 году была показана применимость поляризационной версии спектроскопии шумов интенсивности для изучения спиновой динамики атомных систем, а десять лет назад эта техника, получившая название спектроскопии спиновых шумов, была успешно применена к полупроводниковым структурам и быстро приобрела широкую популярность как уникальный инструмент исследования магнитного резонанса и спиновой динамики полупроводниковых структур (включая слоистые системы и структуры низкой размерности). Теоретические и экспериментальные исследования, проведённые в последние годы в различных лабораториях мира, в том числе и в нашей группе, позволили не только обнаружить ряд новых неожиданных возможностей этой техники, но и обозначить круг нерешённых вопросов и перспективные направления дальнейших исследований.
Данный проект нацелен на совершенствование этого метода исследований, на поиск и реализацию новых путей его развития. В настоящее время спектроскопия спиновых шумов, несмотря на достигнутый уровень популярности, ещё находится на начальном этапе своего быстрого развития, когда её место в арсенале методов современной физики ещё окончательно не определилось. Поэтому работа по выбранной нами тематике представляется крайне актуальной. Выбор конкретных задач по проекту основывался на накопленном нами за последние годы опыте исследований и на наработанном заделе. Эти задачи, в частности, включают в себя разработку теории рассеяния света в средах с флуктуирующей гиротропией, расширение круга объектов спектроскопии спиновых шумов, решение фундаментальной проблемы анизотропии поля рассеяния, развитие магнитометрического потенциала методики, применение новых методов повышения поляриметрической чувствительности, развитие спектроскопии спиновых шумов вторичного свечения, развитие «активной» спектроскопии спиновых шумов. Полное использование потенциала спектроскопии спиновых шумов позволит не только получить новые фундаментальные сведения о динамике спиновых систем, но и разработать новые принципы практического использования спиновых систем полупроводниковых структур (в спиновых генераторах, магнитометрах, устройствах спиновой памяти и пр.).
Annotation: Conventional methods of physical measurements imply, as a rule, studying response of a system to the applied external perturbation. It is known, however, that there exists a fundamentally different, more exotic, but not less informative, approach to physical measurements that is based on detection of spontaneous fluctuations of a non-perturbed system.
In optics, measurements of this kind are usually reduced to studying the light intensity fluctuation spectrum. This field of optics known as the light intensity noise spectroscopy (as well as correlation spectroscopy or optical mixing spectroscopy) finds application mainly in studies of liquid macromolecular structures. In 1981, the applicability of polarization version of the light intensity noise spectroscopy for studying spin dynamics of atomic systems has been shown, while ten years ago this technique, named spin noise spectroscopy, has been successfully applied to semiconductor structures and has rapidly acquired a wide popularity as a unique tool for studying magnetic resonance and spin dynamics in semiconductors (including layered systems and low-dimensional structures). Theoretical and experimental studies performed in different laboratories all over the world, including our group, made it possible not only to discover a number of new, rather unexpected, potentialities of this technique, but also to indicate certain unsolved problems and some promising directions of further research.
This project is aimed at further development of this new method of research. At present, the spin noise spectroscopy, in spite of the achieved level of its popularity, still stays at initial stage of its rapid development, when its place in the arsenal of methods of physical research is still not settled completely. For this reason, the work along the lines of the chosen topic looks highly urgent. The choice of particular problems in the framework of the project was based on the experience accumulated by our group for the last several years and on our scientific reserve. Specifically, among these problems are development of theory of light scattering in the medium with fluctuating gyrotropy, extending the scope of objects of the spin noise spectroscopy, solution of fundamental problem of the scattered field anisotropy, development of magnetometric potential of the method, application of new methods for increasing polarimetric sensitivity, application of spin noise spectroscopy to to studying dynamics of the exciton-polariton emission, development of the “active” spin noise spectroscopy. The full utilization of the spin noise spectroscopy potential will allow us not only to obtain new fundamental data about dynamics of spin systems, but also to elaborate new principles of practical use of the semiconductor spin systems (in spin generators, magnetometers, spin memory devices, etc.).
Название проекта: «Спектроскопия спиновых шумов — новые пути развития»
Руководитель проекта: В.С. Запасский
№ РНФ: 17-12-01124
№ СПбГУ: 11.53.626.2017
Начало проекта: 2017
Конец проекта: 2019
Исполнители:
Г. Г. Козлов
И. И. Рыжов
М. Ю. Петров
И. А. Соловьев
Р. А. Потехин
В. И. Юдин
Аннотация: Стандартные методы физических измерений, как правило, подразумевают изучение отклика системы на приложенное внешнее возмущение. Известен, однако, принципиально иной, более экзотический, но не менее информативный подход к физическим измерениям, который основан на регистрации спонтанных флуктуаций невозмущенной системы.
В оптике измерения такого рода обычно сводятся к исследованиям спектров флуктуаций интенсивности света. Эта область оптики, известная как спектроскопия шумов интенсивности (а также как корреляционная спектроскопия или спектроскопия оптического смешения) находит применение главным образом в исследованиях динамики жидких макромолекулярных структур. В 1981 году была показана применимость поляризационной версии спектроскопии шумов интенсивности для изучения спиновой динамики атомных систем, а десять лет назад эта техника, получившая название спектроскопии спиновых шумов, была успешно применена к полупроводниковым структурам и быстро приобрела широкую популярность как уникальный инструмент исследования магнитного резонанса и спиновой динамики полупроводниковых структур (включая слоистые системы и структуры низкой размерности). Теоретические и экспериментальные исследования, проведённые в последние годы в различных лабораториях мира, в том числе и в нашей группе, позволили не только обнаружить ряд новых неожиданных возможностей этой техники, но и обозначить круг нерешённых вопросов и перспективные направления дальнейших исследований.
Данный проект нацелен на совершенствование этого метода исследований, на поиск и реализацию новых путей его развития. В настоящее время спектроскопия спиновых шумов, несмотря на достигнутый уровень популярности, ещё находится на начальном этапе своего быстрого развития, когда её место в арсенале методов современной физики ещё окончательно не определилось. Поэтому работа по выбранной нами тематике представляется крайне актуальной. Выбор конкретных задач по проекту основывался на накопленном нами за последние годы опыте исследований и на наработанном заделе. Эти задачи, в частности, включают в себя разработку теории рассеяния света в средах с флуктуирующей гиротропией, расширение круга объектов спектроскопии спиновых шумов, решение фундаментальной проблемы анизотропии поля рассеяния, развитие магнитометрического потенциала методики, применение новых методов повышения поляриметрической чувствительности, развитие спектроскопии спиновых шумов вторичного свечения, развитие «активной» спектроскопии спиновых шумов. Полное использование потенциала спектроскопии спиновых шумов позволит не только получить новые фундаментальные сведения о динамике спиновых систем, но и разработать новые принципы практического использования спиновых систем полупроводниковых структур (в спиновых генераторах, магнитометрах, устройствах спиновой памяти и пр.).
Annotation: Conventional methods of physical measurements imply, as a rule, studying response of a system to the applied external perturbation. It is known, however, that there exists a fundamentally different, more exotic, but not less informative, approach to physical measurements that is based on detection of spontaneous fluctuations of a non-perturbed system.
In optics, measurements of this kind are usually reduced to studying the light intensity fluctuation spectrum. This field of optics known as the light intensity noise spectroscopy (as well as correlation spectroscopy or optical mixing spectroscopy) finds application mainly in studies of liquid macromolecular structures. In 1981, the applicability of polarization version of the light intensity noise spectroscopy for studying spin dynamics of atomic systems has been shown, while ten years ago this technique, named spin noise spectroscopy, has been successfully applied to semiconductor structures and has rapidly acquired a wide popularity as a unique tool for studying magnetic resonance and spin dynamics in semiconductors (including layered systems and low-dimensional structures). Theoretical and experimental studies performed in different laboratories all over the world, including our group, made it possible not only to discover a number of new, rather unexpected, potentialities of this technique, but also to indicate certain unsolved problems and some promising directions of further research.
This project is aimed at further development of this new method of research. At present, the spin noise spectroscopy, in spite of the achieved level of its popularity, still stays at initial stage of its rapid development, when its place in the arsenal of methods of physical research is still not settled completely. For this reason, the work along the lines of the chosen topic looks highly urgent. The choice of particular problems in the framework of the project was based on the experience accumulated by our group for the last several years and on our scientific reserve. Specifically, among these problems are development of theory of light scattering in the medium with fluctuating gyrotropy, extending the scope of objects of the spin noise spectroscopy, solution of fundamental problem of the scattered field anisotropy, development of magnetometric potential of the method, application of new methods for increasing polarimetric sensitivity, application of spin noise spectroscopy to to studying dynamics of the exciton-polariton emission, development of the “active” spin noise spectroscopy. The full utilization of the spin noise spectroscopy potential will allow us not only to obtain new fundamental data about dynamics of spin systems, but also to elaborate new principles of practical use of the semiconductor spin systems (in spin generators, magnetometers, spin memory devices, etc.).
Publications:
- R. V. Cherbunin, V. M. Litviak, I. I. Ryzhov, A. V. Koudinov, S. Elsässer, A. Knapp, T. Kiessling, J. Geurts, S. Chusnutdinow, T. Wojtowicz and G. Karczewski, High-resolution resonance spin-flip Raman spectroscopy of pairs of manganese ions in a CdTe quantum well, Phys. Rev. B 101, 241301 (2020)
- A. A. Fomin, M. Yu. Petrov, G. G. Kozlov, M. M. Glazov, I. I. Ryzhov, M. V. Balabas and V. S. Zapasskii, Spin-alignment noise in atomic vapor, Phys. Rev. Research 2, 012008 (2020)
- V. S. Zapasskii, Polarimetry of Regular and Stochastic Signals in Magnetooptics, Phys. Solid State 61, 5, 847-852 (2019)
Запасский В.С. Поляриметрия регулярных и стохастических сигналов в магнитооптике ФТТ 61, 5, 946 (2019) - M. Yu. Petrov, I. I. Ryzhov, D. S. Smirnov, L. Yu. Belyaev, R. A. Potekhin, M. M. Glazov, V. N. Kulyasov, G. G. Kozlov, E. B. Aleksandrov, and V. S. Zapasskii, Homogenization of Doppler broadening in spin-noise spectroscopy, Phys. Rev. A 97, 032502 (2018)
- G. G. Kozlov, V. S. Zapasskii, and P. Yu. Shapochkin, Heterodyne detection of scattered light: application to mapping and tomography of optically inhomogeneous media, Appl. Opt. 57, B170-B178 (2018)
- G. G. Kozlov, I. I. Ryzhov, V. S. Zapasskii, Spin noise spectroscopy of randomly moving spins in the model of light scattering: two-beam arrangement, Phys. Rev. A 97, 013848. (2018)
- M. Vladimirova, S. Cronenberger, D. Scalbert, I. I. Ryzhov, V. S. Zapasskii, G. G. Kozlov, A. Lemaître, and K. V. Kavokin, Spin temperature concept verified by optical magnetometry of nuclear spins, Phys. Rev. B 97, 041301( R ) (2018)
Russian (Russia) 
English (United Kingdom)