二维电子系统中斯通纳铁磁转变的光学表征

我们在 Mg$_x$Zn$_{1-x}$O/ZnO 异质结构中，对偶数量子霍尔填充因子下处于斯通纳铁磁不稳定性区的二维电子系统 (2DES) 进行了磁光研究。在增强的自旋磁化率与磁场倾斜共同导致朗道能级交叉的条件下，通过光谱重构追踪了两个竞争相——顺磁相与铁磁相——之间的转变。在从顺磁有序向铁磁有序转变时，光致发光结构与集体激发参数均发生同步剧烈变化。基于这些测量，我们以二维电子密度和磁场倾斜角为变量构建了相图。除了稳定的顺磁相与铁磁相，在中间参数区发现了一个不稳定区，斯通纳转变发生在填充因子 $\nu\approx 2$ 处。在所有情况下，自旋构型均通过自旋敏感集体激发的非弹性光散射明确确定。自旋有序的一个指标是朗道能级内自旋激子，它在铁磁相中获得巨大的谱权重；另一个指标是亚能带电荷密度激发能量的突变，源于自旋重排导致的多粒子能量贡献变化。通过分析光致发光与光散射数据，我们估算了转变点附近两相畴区面积占比。此外，还表征了相变的热展宽效应。