在真空中，光不受磁刺激的影响。但使用偏振光来检查不同系统的磁光特性有很长的历史，特别是在过去的几十年里，这些原理已经被应用到半导体中，作为在这些系统中定向、进动、注入和检测自旋的一种手段。通过利用光的力量，磁光技术可以用来研究和控制像铟这样的低维系统的自旋特性。
磁光技术研究半导体中的光自旋动力学
在1846年，迈克尔·法拉第发表了他对线偏振光在平行介质中传播时旋转的观察磁场。1923年，Robert W. Wood和Alexander Ellett发表了关于汞原子在横向磁场中发光去极化的观测结果。前者被称为法拉第效应，后者被称为汉勒效应。在前人的研究和Alfred Kastler的工作基础上，R.R Parson在20世纪60年代末证明了III-V型半导体GaSb中的光诱导自旋取向。Alfred Kastler帮助确立了气体中光诱导自旋极化的基本原理。这是通过一个非常简单的测量来完成的，用圆形偏振光泵浦，测量圆形发光。1971年，克劳迪·赫尔曼和乔治·兰佩尔用偏振光和磁场测量了GaSb中电子的自旋进动。这两项关于GaSb的初步研究激发了半导体领域的光学取向(OISO)。
稳态测量
或许，研究半导体中OISOzui简单、zui有效的方法是稳态偏振光致发光(PL)测量。通常，这是通过使用连续波(cw)来实现的，平面内圆偏振光源具有接近带隙能量分离的光子能量。这将在半导体中产生净非平衡自旋取向具有适当的自旋偏振光学跃迁的系统。当系统松弛时，会有一个优先的自旋方向，这将表现为PL中两个圆螺旋度(I+(−))之间的强度差。通过计算圆极化度，可以直接读出自旋极化，P = (I+−I−)/(I+ + I−)。描述半导体P的稳态速率方程为：
式中P0为激发时圆偏振度。τr和τs分别为复合寿命和自旋寿命。这种极化可以在磁场中进一步研究。事实上，对于相对于样品施加的面外场，塞曼效应将分裂自旋水平。这导致读出偏振不平衡，即使是线偏振光，这一结果可用于研究磁场与材料中载流子自旋的耦合程度。
注意，复合寿命与自旋寿命的比值决定了在半导体系统中观察光学取向的能力。随着比值的增大，P的量减小。这就是这种测量方法的局限性，如果τs≪τr，这种测量方法就不适合研究半导体系统中的光学自旋特性。
时间分辨测量
使用脉冲激光的时间分辨研究可以绕过稳态测量的限制，允许直接测量系统中的载流子动力学。时间分辨光致发光(TRPL)和瞬态反射(TR)是半导体中载流子复合动力学的两种常用的时间分辨方法。第1种方法需要脉冲激光和电子设备，同步，在时间上，入射脉冲观察到PL的衰减，而第二需要两个脉冲光束，泵浦和探头，其中探头强度的变化，在两个光束之间的时间延迟，给出了载流子寿命的信息。
图1.时间分辨Kerr旋转的三维图解。黄光脉冲为泵浦脉冲，为圆偏振，绿光脉冲为探针脉冲，为线偏振。这两个脉冲在时间上是分离的，因此可以通过线极化探针的旋转提取自旋系统的时间动力学。
现在，为了研究自旋动力学，极化TRPL需要类似于稳态极化PL测量的设置，而自旋敏感泵浦探测方法需要与TR不同的设置。时间分辨克尔旋转(TRKR)是测量半导体自旋动力学zui灵敏的方法之一。图1展示了这种技术。圆偏振脉冲光泵出非平衡自旋不平衡(黄色)。当自旋居群松弛到平衡时，相对于泵浦具有时间延迟的线极化探针脉冲(绿色)通过其线极化轴的克尔旋转角θK来监测弛豫。克尔旋转类似于法拉第旋转。
两者的区别在于探测光束是反射(克尔)还是透射(法拉第)。TRKR已被用于III-V型半导体和TMDs的自旋性质研究，是磁光研究的有效工具。
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