Investigation of spin polarization-shifts in electron beams produced by GaAs-based photocathodes under different surface activation conditions
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Abstract
Diese Arbeit untersucht die Mechanismen, die die Elektronenspinpolarisation (ESP) von
photoemittierten Elektronenstrahlen aus GaAs Photokathoden im Rahmen von Experimenten
mit spinpolarisierten Elektronenstrahlen beeinflussen. Ziel ist es, die Beziehung zwischen Polarisation und Quanteneffizienz (QE) zu analysieren. Diese Erkenntnisse sind besonders relevant
für hochpräzise Experimente zur Paritätsverletzung wie das P2 Experiment an der Mainzer
Energierückgewinnenden Supraleitenden BeschleunigerAnlage (MESA), bei dem longitudinal
polarisierte Elektronenstrahlen für die Untersuchung fundamentaler Wechselwirkungen von
entscheidender Bedeutung sind.
Die Emission spinpolarisierter Elektronen aus GaAs Photokathoden wird durch intrinsische
Faktoren wie Kristalldotierung und Depolarisationsmechanismen beeinflusst. Die Oberflächenvorbereitung von Halbleitern wie GaAs mit Submonoschichten aus Cäsium und einem
Oxidationsmittel induziert eine negative Elektronenaffinität (NEA), wodurch die Wahrscheinlichkeit des Elektronenaustritts erhöht wird. Diese Arbeit untersucht und modelliert die
Polarisationsentwicklung in Bezug auf die Austrittswahrscheinlichkeit. Die experimentellen
Daten wurden mithilfe eines Aufbaus gesammelt, der eine präzise Messung der Polarisationsänderungen gewährleisten soll. Ein longitudinal polarisierter Elektronenstrahl bei 100 keV
wurde von einer bulk GaAs Photokathode sowie einer Übergitter-Photokathode erzeugt, die
eine höhere Polarisation als die bulk Kathode bietet.
Die Diskussion behandelt die im Halbleiter vorherrschenden Depolarisationsmechanismen,
insbesondere den Bir-Aronov-Pikus- (BAP) und D’yakonov-Perel- (DP) Mechanismus. Es
wurde festgestellt, dass bei signifikant niedriger QE der depolarisierende Effekt von DP
zu verschwinden scheint, womit eine Stabilisierung der Polarisation erreicht wird. Es wird
angenommen, dass Einfangzustände in der Bandbiegezone keine Elektronen mehr emittieren
können, wenn die QE niedrig genug ist.
Diese Arbeit zielt darauf ab, das Polarisationsverhalten in Experimenten mit spinpolarisierten Elektronenstrahlen zu verstehen und dabei die Rolle der Einfangzustände in der
Bandbiegungszone aufzuzeigen. Die Erkenntnisse liefern einen Rahmen für die kommenden
hochpräzisen, paritätsverletzenden Experimente von MESA.