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Résonance cyclotron térahertz dans le domaine temporel en champ magnétique pulsé

Pour la première fois, des séquences spectres de résonance cyclotron ont été mesurés durant le tir du champ magnétique pulsé, ceci à une cadence de 150 spectres par seconde. L’expérience met en œuvre la technique de spectroscopie dans le domaine temporel (TDS) basée sur l’émission et la détection cohérente, mais rapide, d’impulsions térahertz (THz) large bande ultracourtes par des antennes photoconductrices à base de GaAs-basse-température. Le dispositif expérimental, compact et transportable, est présenté sur la figure de gauche. L’émetteur et le détecteur, tenus éloignés de la bobine de champ, sont excités par des impulsions laser-femto-seconde à travers une fibre optique. Une propagation libre est utilisée jusqu’à l’échantillon placé sur un miroir dans le cryostat Hélium et le signal THz traverse une séparatrice en silicium intrinsèque épais et se réfléchit sur des miroirs plan et focalisant.



Sur la figure supérieure droite, les points des mesures spectrales en champ magnétique sont représentés en fonction du temps. Sur la figure inférieure, les pics d’absorption cyclotron d’un échantillon de germanium type p à la température de 77K apparaissent en code couleurs. La partie basse fréquence du spectre, bruyante, est cachée. Deux pics d’absorption marqués varient linéairement en fréquence avec le champ magnétique de résonance (2π νc = eB/m*). Ils sont associés aux trous légers et lourds de masse effectives m* respectives 0.04m0 et 0.30 m0. Un faible pic supplémentaire est la signature connue d’effets quantiques.

Les travaux en cours et les progrès des lasers à fibres permettent d’augmenter la vitesse de lecture des impulsions THz, leur intensité et leur étendue spectrale. La voie est ouverte à des mesures de routine aux basses températures avec les bobines standard 60T. Cette nouvelle technique de spectroscopie térahertz en champ pulsé à été développée en commun par le Fraunhofer Institute for Physical Measurements Techniques, Kaiserslautern, Germany (D. Molter et Rene Beigang), le Max Plank Institute of Quantum Optics, Garching, Germany (Fritz, Keilmann) et le LNCMI-Toulouse (Sylvie George, M. Goiran et Jean Léotin).