Le manuscrit décrit une méthode de spectroscopie de fluorescence quasi-résonante assistée par phonon qui intègre à la fois la résolution limitée par laser et la spectroscopie de photoluminescence (PL). Cette méthode utilise des phonons optiques pour fournir des spectres de résolution limitée en largeur de raie de structures semi-conductrices de type atome dans le domaine de l’énergie. La méthode est également facilement réalisable avec une seule configuration de spectroscopie optique.
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Article de méthode
Quasi-résonance à haute résolution Phonon assistée Fluorescence Spectroscopy
Dans cet article
Résumé
Résumé
méthodes de spectroscopie optique à haute résolution sont exigeants en termes de soit la technologie, l'équipement, la complexité, le temps ou une combinaison de ceux-ci. Ici, nous démontrons une méthode de spectroscopie optique qui est capable de résoudre des caractéristiques spectrales au-delà de la structure fine de spin et linewidth homogène de points quantiques simples (QD) à l'aide, l'installation d'un standard facile à utiliser spectromètre. Cette méthode intègre à la fois laser et la spectroscopie de photoluminescence, en combinant l'avantage d'une résolution limitée laser à largeur de ligne avec la détection de la photoluminescence à canaux multiples. Un tel système permet une amélioration considérable de la résolution par rapport à celle d'un spectromètre commun à un seul étage. Le procédé utilise des phonons pour aider à la mesure de la photoluminescence d'un seul point quantique après l'excitation de résonance de la transition de l'état fondamental. La différence d'énergie du phonon permet de séparer et filtrer la lumière laser excitant point quantique. Une fe avantageuseature de cette méthode est son intégration en avant directement dans les configurations de spectroscopie standard, qui sont accessibles à la plupart des chercheurs.
Introduction
La haute résolution est la clé pour débloquer de nouvelles connaissances. Avec cette connaissance, les nouvelles technologies peuvent être développées comme les meilleurs capteurs, des outils de fabrication plus précis, et des dispositifs informatiques plus efficaces. Générer cette clé, cependant, vient souvent à un coût élevé de ressources, de temps, ou les deux. Cette question est omniprésente dans toutes les échelles de la physique atomique de résoudre les dégénérescences levée des spins électroniques à l' astronomie où un petit décalage spectral peut conduire à la détection de planètes à côté des étoiles lointaines. 1,2,3
L'objectif de ce travail est d'utiliser une configuration de spectromètre standard et montrant comment il peut résoudre des caractéristiques spectrales en dessous de sa limite de résolution, en particulier en ce qui concerne le domaine de l'optique à semi-conducteurs. L'exemple présenté est celui d'électron-trou anisotrope (eh) fractionnement de change en InAs / GaAs points quantiques (QD), ce qui est de l'ordre de quelques μeV. 4 La limite de résolution du spectromètre cun être surmontés en combinant des techniques PL et spectroscopie laser standard. Cette méthode de fluorescence quasi-résonance a l'avantage supplémentaire de parvenir à une résolution limitée de laser à l'aide d'un spectromètre commun à un seul étage.
Un système de spectroscopie optique standard pour la spectroscopie QD PL simple consiste en une seule étape de 0,3 à 0,75 m monochromateur et une charge dispositif (CCD) détecteur couplé avec une source optique et laser excitation. Un tel système est au mieux capable de résoudre μeV 50 dans le spectre du proche infrarouge d'environ 950 nm. Même avec l'utilisation de procédés statistiques et de déconvolution, une telle configuration du monochromateur unique ne permet pas de résolution de moins de 20 μeV dans les mesures PL. 5 Cette résolution peut être améliorée en utilisant un spectromètre triple, en mode additif triple, où le spectre est successivement dispersés par les trois réseaux. Le spectromètre triple présente l'avantage d'une meilleure résolution, capable de résoudreenviron 10 μeV. Dans une autre configuration, le mode soustractif triple, les deux premiers réseaux se comportent comme un filtre passe-bande, ce qui donne la caractéristique supplémentaire d'être capable de séparer l'excitation et la détection de moins de 0,5 MeV. L'inconvénient du spectromètre triple est qu'il est un système coûteux.
Avant de présenter la méthode d'intérêt, nous discutons brièvement d'autres approches expérimentales qui, avec la complexité ajoutée, permettent d'atteindre une meilleure résolution spectrale et sont en mesure de résoudre la structure fine de QDs simples. Les éléments de ces méthodes sont pertinentes pour la présente méthode. Un tel procédé est l' ajout d' un interféromètre de Fabry-Pérot (FPI) dans le chemin de détection d'une configuration unique du spectromètre. 6 En utilisant cette méthode , la résolution est définie par la finesse de la FPI. Ainsi, la résolution du spectromètre est améliorée pour une μeV, au prix d' une complexité accrue et l' intensité du signal plus faible. 7 La méthode interférométrique modifie également la operati généralesur du spectromètre avec la caméra CCD, effectivement devenir un détecteur de point unique, et le réglage à travers différentes énergies est réalisé en ajustant la cavité FPI lui-même.
Resonance fluorescence (RF) spectroscopie, une autre méthode où une transition optique unique est à la fois excité et surveillé offre également la promesse de la spectroscopie à haute résolution. La résolution spectrale est limitée uniquement par la largeur de raie du laser et maintient le CCD en tant que détecteur multi-canal, où non seulement un capteur détecte le signal, mais un certain nombre de pixels CCD. Cette détection multicanal est avantageux en termes de moyenne de signal. Le défi en spectroscopie RF consiste à séparer le signal PL de la plus grande base de la lumière laser diffusée, en particulier lors de la mesure au niveau du QD unique. Un certain nombre de techniques peuvent être utilisées pour abaisser le rapport du signal à la lumière laser diffusée, ce qui implique soit la polarisation 8, 9 spatiale ou temporelle de séparation 10de l'excitation et de détection. La première consiste à utiliser des polariseurs élevés d'extinction pour supprimer la lumière diffusée, mais cette méthode a l'issue défavorable de perte d' informations de polarisation de la PL. 8 Une autre méthode permettant d'obtenir une fluorescence de résonance est de concevoir des systèmes de semi - conducteurs qui sont couplés à des cavités optiques où le des chemins d'excitation et de détection sont séparés dans l'espace. Ceci élimine le problème d'avoir à résoudre le signal PL du grand fond laser. Cependant, cette méthode est limitée à la fabrication complexe de l' échantillon qui est en général ressource intensive. 9
Une autre classe de méthodes qui est également capable de résoudre les différences d'énergie minute est celle de la spectroscopie laser pur, telles que la transmission différentielle, ce qui a l'avantage de réaliser la résolution limitée du laser avec des informations complètes de polarisation. Cette méthode nécessite généralement de verrouillage dans la détection d'observer des changements minuscules dans le transle signal de mission par rapport à celui de la grande base au laser. 11 Récemment, des progrès dans la nanofabrication ont conduit à une amplification de la fraction de la lumière laser qui interagit avec le QD (s) à des valeurs allant jusqu'à 20%, en utilisant soit l' indice apparié solide lentilles d'immersion ou intégrer les points dans des guides d' ondes à cristaux photoniques. 12
Même si ces méthodes ont la capacité d'atteindre la résolution de haute énergie, ils viennent au prix d'un équipement coûteux, la fabrication de l'échantillon complexe et perte d'information. La méthode dans ce travail combine des éléments de ces trois méthodes sans ajouter de complexité dans l'instrumentation ou de l'échantillon de fabrication à une configuration régulière PL.
Des travaux récents ont montré que , avec un système de spectromètre triple en mode soustractif, il est possible de visualiser la structure fine singulet-triplet en deux photons spectre d'une molécule de point quantique (QDM) de transition. 13 La division de l' énergie impliquée de l'ordrede quelques dizaines de μeV ont été résolus en utilisant un mode soustractif triple, ce qui a permis d'exciter les transitions de façon résonnante et à détecter en moins d'une meV. L'information spectrale a été extrait en surveillant en dessous de la transition à l'aide des phonons acoustiques et d'autres transitions excitons de basse altitude. Cette méthode peut également être appliquée pour résoudre le anisotrope eh fractionnement de change et même la largeur de raie à vie limitée de la transition de l' exciton de 8 μeV et 4 μeV, respectivement comme on le voit sur la figure 1. Semblable à ce résultat, cet article se concentrera sur une simple configuration du spectromètre qui intégrera de nombreux avantages que les autres méthodes en haute définition possèdent. En outre, le CCD restera comme un détecteur multi-canal. Le dispositif expérimental peut également être maintenu relativement peu coûteux par rapport à d'autres méthodes de spectroscopie à haute résolution et a l'avantage d'être facilement modifié pour obtenir des mesures points de corrélation unique. Contrairement au résultat using phonons acoustiques et un spectromètre triple, la clé sous-jacente est d'utiliser le satellite LO-phonon associée aux semi-conducteurs et des alliages connexes qui constituent des échantillons de semi-conducteurs. La séparation de l' énergie entre le satellite LO-phonon et la ligne zéro-phonon (ZPL) est de l'ordre de dizaines de meV pour de tels échantillons, permettant l'utilisation d'un spectromètre à un seul étage. 14 Cette séparation d'énergie permet une utilisation du quasi proposé méthode de spectroscopie -resonance en conduisant résonante une transition et de suivi ci-dessous l'excitation par une énergie égale à un phonon LO. Cette technique est analogue à celle des PL d' excitation où l' on excite dans une transition excitée et surveille la transition de l' état fondamental. 15 La séparation entre la transition étant excitée et celle du satellite LO-phonon permet l'utilisation de filtres passe de pointe pour supprimer la élastique de la lumière diffusée. Cette méthode d'utilisation du satellite phonon permet une résolution limitée de la largeur de raie du laser, Étant donné que la transition résonnante excitant est généralement le seul moment où l'émission de phonons LO-satellite devient visible.
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Protocole
Remarque: La méthode décrite est spécifique à un logiciel particulier, bien que d'autres logiciels peuvent être utilisés à la place.
1. Préparation de l'échantillon et Cool Down
- Fabriquez l'échantillon.
- Cultiver l'échantillon, en utilisant la méthode de croissance Stranski-Krastanov par épitaxie par faisceau moléculaire créant deux empilés verticalement InAs / GaAs QD autonomes des assemblé , qui sont séparés par une barrière à effet tunnel 4 nm , comme décrit précédemment. 16 Incorporer les points quantiques dans une structure d'effet de champ électrique ( par exemple, une diode Schottky) autorisant un champ électrique à appliquer aux QDMs. 17
Note: L'utilisation de QDMs constitue pas une exigence de la méthode. En outre, les semi-conducteurs InAs / GaAs ne sont pas nécessaires, la technique va travailler pour QDMs ou QDs fabriqués à partir de toute combinaison de semi-conducteurs. - Fabriquez les échantillons de telle sorte que QDs individuels peuvent être optiquement abordées. Pour ce faire, soit en ajoutant un masque d'ouverture sur la partie supérieure de l'échantillon ou mompte un échantillon de faible densité avec 10 8 QDs / cm 2 ou moins en fonction de la taille de la tache focale. 18
- Cultiver l'échantillon, en utilisant la méthode de croissance Stranski-Krastanov par épitaxie par faisceau moléculaire créant deux empilés verticalement InAs / GaAs QD autonomes des assemblé , qui sont séparés par une barrière à effet tunnel 4 nm , comme décrit précédemment. 16 Incorporer les points quantiques dans une structure d'effet de champ électrique ( par exemple, une diode Schottky) autorisant un champ électrique à appliquer aux QDMs. 17
- Monter l'échantillon dans l'en-tête de la puce.
- Appliquer un alliage constitué de 50% de bismuth, 26,7% de plomb, 13,3% d'étain et 10% de cadmium sur l'en-tête de puce en céramique. Chauffer la puce en utilisant une plaque chaude jusqu'à ce que l'alliage liquéfie. Placer la partie inférieure de l'échantillon sur l'alliage liquéfié fixer à l'en-tête de la puce.
Remarque: le fond de l'échantillon est l'une des électrodes de la diode Schottky et le point à l'en-tête de puce de soudure est reliée à une broche. Une autre alternative pour la fixation de l'échantillon est conductrice époxy d'argent.
- Appliquer un alliage constitué de 50% de bismuth, 26,7% de plomb, 13,3% d'étain et 10% de cadmium sur l'en-tête de puce en céramique. Chauffer la puce en utilisant une plaque chaude jusqu'à ce que l'alliage liquéfie. Placer la partie inférieure de l'échantillon sur l'alliage liquéfié fixer à l'en-tête de la puce.
- Adhérer 40 G fil d'or d'un point (coin supérieur) de l'échantillon à une broche sur la puce.
- Placez une goutte d'époxy argent dans le coin supérieur de l'échantillon et une gouttelette sur l'une des plaquettes de broches sur la puce.
- Disposez soigneusement le fil d'or dans les deux gouttelettes.
Remarque: Le haut de til l'échantillon est l'autre électrode de la diode Schottky qui permet l'application d'un champ électrique.
- Monter la puce et de l'échantillon dans le cryostat et assurer que l'échantillon a un bon contact thermique avec le porte-échantillon de cuivre.
- Appliquer une feuille d'indium entre la puce et le doigt froid du cryostat.
- Pression de montage de la puce au doigt froid. Utilisez deux vis avec des rondelles et serrez fermement pour assurer un bon contact thermique avec le cuivre doigt froid du cryostat.
- Fixer les fils des broches de puces qui sont connectés à la fois les électrodes supérieures et inférieures sur l'échantillon. Exécuter ces fils à travers le cryostat au compteur de la source.
Remarque: Le compteur source applique une polarisation aux électrodes de l'échantillon, ce qui expose les QDs à un champ électrique externe. - Évacuer et amener la chambre de cryostat et de l'échantillon à vide. Démarrer la pompe turbo, évacuer à environ 10 -6 Torr en préparation pour le refroidissement du sample.
Remarque: le refroidissement et le contrôle de la température pour l'essai est accompli avec le cryostat qui est composé d'un réfrigérateur à cycle fermé et une chambre d'échantillon microscopique joint. - Démarrer le compresseur du cryostat. Laisser le cryostat pour refroidir le système jusqu'à ce qu'il atteigne la température désirée.
Remarque: Pour les résultats présentés, la température était d'environ 18 K. Une fois que l'échantillon est refroidi, la configuration est prêt pour l'installation de l'optique qui permettront pour la mesure optique à prendre.
2. Optics Setup
Remarque: Pour tous mis en place des procédures, exécutez le laser, compteur source, spectromètre et CCD soit en utilisant le logiciel fourni par le fabricant ou un autre programme personnalisé.
- Pour la collecte PL, placer une longue distance de travail 50X objectif de microscope et collimation en ligne avec l'objectif qui concentre le signal PL sur le spectromètre. Recueillir le spectre à travers un 0,75 mmonochromator où le signal est dispersé par un réseau de 1 100 mm -1 et détecté à l' aide d'azote liquide refroidi 1,340 x 100 pixels caméra CCD.
- En utilisant une source de lumière blanche, illuminer l'échantillon.
- Concentrez l'image de l'échantillon à travers une caméra externe et le spectromètre par aligner correctement les toutes les optiques sur le côté de détection (c. -à- collimation et la lentille de focalisation) et à la longueur d' onde de zéro obtenir une image propre ciblée de l'échantillon sur le CCD du spectromètre.
Note: Il est utile d'avoir une autre caméra externe pour faciliter l'alignement et d'obtenir une image nette de l'échantillon.
- Concentrez l'image de l'échantillon à travers une caméra externe et le spectromètre par aligner correctement les toutes les optiques sur le côté de détection (c. -à- collimation et la lentille de focalisation) et à la longueur d' onde de zéro obtenir une image propre ciblée de l'échantillon sur le CCD du spectromètre.
- Après que la partie de détection est mis en place, focaliser le laser sur l'échantillon. Concentrez spot du faisceau à la plus petite taille possible sur l'échantillon à l'aide d'une lentille. Utilisez une diode laser accordable avec une gamme d'excitation qui contient les énergies de transition de l'état du sol. Régler l'incidence du laser sur l'échantillon selon un angle oblique. Un avantage de l'incidence oblique estqu'il aide à se débarrasser d'une grande partie de la lumière laser diffusée.
- Exciter l'échantillon à une énergie non-résonance plus élevée. Idéalement, faire en excitant à une énergie en dessous de la couche de mouillage. Pour les QDMs InAs / GaAs dans cette étude, cela correspond à 75 MeV ou plus au-dessus des transitions d'état du sol.
- Exécutez le logiciel d'acquisition de spectre en mode de mise au point. Balayez l'échantillon à travers le spot laser au moyen d'un étage de translation XY qui est attaché au cryostat logements de l'échantillon de la microscopie. Pour ce faire, jusqu'à ce que le CCD du spectromètre capture les lignes discrètes des transitions d'état du sol. Centrer la détection sur l'une des QDMs.
Remarque: Une fois QDM est trouvé, la configuration optique est terminé. Pour les échantillons utilisés les énergies des états du sol sont environ 1300 meV. - Générer une carte de polarisation.
- Appliquer un potentiel par l'intermédiaire du compteur source (étape 1.5) reliée à des électrodes sur l'échantillon; ceci applique une polarisation aux bornes des électrodes, à son tour générer un champ électrique à la QDMs.
Remarque: La plage de polarisation appliquée à l'échantillon est 0 à 2 V à travers la structure de diode Schottky. Ceci est lorsque l'appareil est en polarisation inverse, et le champ électrique limite la quantité de charges dans le QDM en tenant compte des états de charge individuels pour être visible. - Prendre des spectres individuels à différentes valeurs de tension incrémentée, en fonction de la résolution souhaitée varie normalement de cette centièmes à quelques millièmes de volts. Combinez ces spectres individuels ensemble en utilisant un programme personnalisé (par exemple, LabView).
Remarque: Le programme peut facilement être codée en utilisant un large éventail de programmes différents pour combiner les colonnes vectorielles des spectres individuels dans une matrice, dans l'expérience présentée ceci a été ajouté pour assembler les données en temps réel.- Cliquez sur le bouton d'exécution de prendre une carte de parti pris. Cela prend des spectres à un biais de jeu et en faire un vecteur de colonne, puis ajoute chaque spectre de polarisation incrémenté comme une autre colonne.
Note: Ceci génère une matri de donnéesx dans laquelle les valeurs d'intensité correspondent à l'intensité PL, les lignes représentent énergie / longueur d'onde, et les colonnes correspondent à la tension. La carte de polarisation devrait être visible car il est en cours d'exécution, ce qui permet des commentaires en direct sur la qualité des données.
Remarque: Une carte de polarisation permet d'identifier les configurations de charge différentes et donne la bonne information pour terminer la configuration des deux l'excitation et des chemins de détection.
- Cliquez sur le bouton d'exécution de prendre une carte de parti pris. Cela prend des spectres à un biais de jeu et en faire un vecteur de colonne, puis ajoute chaque spectre de polarisation incrémenté comme une autre colonne.
- Appliquer un potentiel par l'intermédiaire du compteur source (étape 1.5) reliée à des électrodes sur l'échantillon; ceci applique une polarisation aux bornes des électrodes, à son tour générer un champ électrique à la QDMs.
- Identifier la transition qui sera excité. Notez l'énergie de la transition et la gamme de polarisation d'intérêt.
- À ce stade de décider comment l'excitation laser sera réglé par la transition. Il y a trois options différentes pour obtenir le laser pour exciter dans la transition de l'état fondamental:
- Tune l'énergie de transition par la température. 18
- Utilisez le décalage Stark de la transition pour atteindre la résonance avec l'énergie du laser. 19
Remarque: Une fonctionnalité intéressante des deux méthodes mentionnées ci-dessus is qu'une source laser accordable est pas nécessaire, car les transitions de QDM sont réglés par une énergie laser fixe. - Vous pouvez également utiliser une source laser accordable, pas à pas les énergies laser à travers la transition. Un signal de détection sera présent lorsque le laser est en résonance avec la transition, ce qui donne la mesure de sa résolution spectrale limitée du laser. Ce sera la mise au point pour le reste du protocole.
- À ce stade de décider comment l'excitation laser sera réglé par la transition. Il y a trois options différentes pour obtenir le laser pour exciter dans la transition de l'état fondamental:
- Avec la transition identifiée et les paramètres expérimentaux défini, sélectionnez les deux excitation et de détection des énergies pour la mesure.
- Choisir l'énergie d'excitation que celle de la transition. Choisissez la détection que l'énergie de la transition excitée moins l'énergie de l'optique (LO) phonon longitudinal associé à l'alliage semi-conducteur. En utilisant ces valeurs, choisissez les filtres passe-bord appropriés pour la mesure; ils doivent avoir des seuils entre les énergies d'excitation et de détection.
Remarque: Pour le expérimrésultats entales présentés, la transition conduit était neutre exciton de l' état fondamental de la figure 3, observé à 1,301.7 meV et -1 LO phonon émission est situé à 1266 meV, correspondant à 952,5 nm et 979,3 nm, respectivement. Nous utilisons donc nm filtre 960 passe courte pour l'excitation et un filtre à long passage 960 nm pour la détection. Interférences filtres de coupure sont idéales à cet effet, car ils peuvent être réglés en ajustant l'angle.
- Choisir l'énergie d'excitation que celle de la transition. Choisissez la détection que l'énergie de la transition excitée moins l'énergie de l'optique (LO) phonon longitudinal associé à l'alliage semi-conducteur. En utilisant ces valeurs, choisissez les filtres passe-bord appropriés pour la mesure; ils doivent avoir des seuils entre les énergies d'excitation et de détection.
- Réglez le laser pour exciter à l'énergie de transition d'intérêt, ce qui se fait simplement en entrant la valeur de longueur d'onde laser souhaitée dans le champ d'entrée approprié sur le panneau avant du logiciel de contrôle de laser.
- Réglez la longueur d'onde centrale à la valeur prédéterminée pour surveiller la -1 LO émission de photons en entrant la valeur d'onde centrale souhaitée dans le champ d'entrée approprié sur le panneau avant du logiciel de commande du spectromètre.
Remarque: Le -1 LO émission de photons pour InAs / GaAs est approximately 36 meV en dessous de la transition exciton qui sera excité. - Utilisation du logiciel de la caméra, commencez collection avec le CCD en exécutant le logiciel d'acquisition de spectre en mode continu en cliquant sur le bouton de mode de mise au point. Un signal doit être visible ou pourrait encore être cachée par la dispersion de laser.
- Maximiser le signal. ÉTAPE CRITIQUE: Tune filtre passe court d'excitation, en ajustant légèrement son angle de sorte qu'il a la coupure de longueur d'onde appropriée.
Remarque: L'angle optimal est établi par la surveillance du signal tout en réglant l'angle du filtre passe-court. En changeant l'angle du filtre cela change la longueur d'onde de coupure. La clé est de faire en sorte que le plus de lumière laser que possible est supprimé de la collection.
Configuration de mesure 3. Quasi-résonance
- Réglez les paramètres expérimentaux sur les contrôles informatiques utilisant l'écran principal du logiciel personnalisé. Pour ce faire, démarrez le programme de collecte et cliquez sur the étape Polarisation, Temp, ou l'onglet WL. Ceci définit toutes les valeurs expérimentales et une fois l'exécution, recueille des données à travers les différents paramètres.
Remarque: Pour les données de notre expérience en prenant tous les contrôles informatiques ont été programmés sur mesure. La clé est d'avoir un logiciel ou programme capable de régler la longueur d'onde centrale du spectromètre, contrôler la CCD et la source mètre, et l'étape de l'énergie laser à travers la transition tout en recueillant une série de spectres à différents biais.- Entrer la gamme d'énergie laser établi que le laser va parcourir: environ 50 μeV au-dessus du neutre énergie de transition exciton de 1,301.7 meV, à 50 μeV ci-dessous. Régler la longueur d'onde initiale pour démarrer l'analyse en utilisant le "WL (nm) désirée" champ. Définissez la plage du laser d'extrémité pour numériser sur ( "Motor Unit End").
- Définissez la plage de polarisation que le compteur source va parcourir en cliquant sur l'onglet "Paramètres de tension". Réglez le biais val de départue ( "Tension de démarrage (V)"), la valeur de fin de polarisation "Tension End (V)" et le biais du pas "Tension d'étape (V)". Ici, la plage de polarisation numérisée était à 1,82 V. 1,68
- temps l'intégration d'entrée choisie en cliquant sur l'onglet "Réglages de l'appareil". Réglez le temps d'intégration pour la CCD sous la rubrique «Exposition (s)" (Reportez-vous à l'étape 3.3). Sélectionnez un temps d'intégration raisonnable pour la CCD. Expérimentez avec le temps d'intégration pour obtenir un bon signal. Plus le temps d'intégration meilleur étalement du signal qui peut être obtenu 20.
Nota: Les temps d'intégration utilisés pour l'expérience étaient 10 secondes. Mais, les temps d'intégration peut être aussi faible que 0,5 sec, en fonction de la puissance du signal PL. Parfois, il est même pas nécessaire de voir le signal dans les analyses individuelles mais sur la couture des spectres ensemble la somme de données ainsi que la capacité de l'œil à interpoler révélera les transitions dans la carte photoluminescence excitation (PLE).
4. Acquisition de données
- Une fois que les paramètres expérimentaux sont établis commencer l'expérience. Commencez collection en cliquant sur le bouton Exécuter.
Note: A chaque énergie laser le logiciel fait varier la polarisation prenant un spectre et un spectre de fond. Ceci est fait pour chaque étape de polarisation. Ensuite, l'énergie laser est variée et le processus se poursuit jusqu'à ce que toute la plage choisie est terminée. - Post-traiter les données.
- Prenez les scans de fond supplémentaires qui sont prises à la fin de chaque carte de polarisation et de soustraire la moyenne de chacune des colonnes de polarisation. Utilisez un programme de soustraction de fond, ou d'écrire un programme qui prend les colonnes de fond, les moyennes ensemble et soustraire cette moyenne des spectres de fond de chaque colonne de polarisation dans la matrice de données. Note: Voir le fichier de code supplémentaire pour le programme utilisé dans notre laboratoire.
Remarque: Cela supprime d'autres signaux parasites causés par une lumière laser diffusée restante, grandement improuvant la carte de polarisation.
- Prenez les scans de fond supplémentaires qui sont prises à la fin de chaque carte de polarisation et de soustraire la moyenne de chacune des colonnes de polarisation. Utilisez un programme de soustraction de fond, ou d'écrire un programme qui prend les colonnes de fond, les moyennes ensemble et soustraire cette moyenne des spectres de fond de chaque colonne de polarisation dans la matrice de données. Note: Voir le fichier de code supplémentaire pour le programme utilisé dans notre laboratoire.
- Analyser les données.
- Par exemple, pour extraire les paramètres caractéristiques de la ligne spectrale utilisent un logiciel d' ajustement mathématique pour exécuter un Lorentzienne raccord à chaque tranche de polarisation de la carte PL. 21 Une fois la procédure d' ajustement a été complété toutes les informations seront dans les coefficients de la ferrure telle que l'intensité maximale, la localisation spectrale et FWHM.
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Résultats
Les résultats présentés dans les figures montrent les capacités de résolution élevé d'utilisation des phonons pour aider à la mesure PL. Le schéma (figure 2) montre que, à l'exception des filtres passe-bord à la fois sur l' excitation et la détection, le dispositif expérimental reste un système de spectroscopie standard, avec l'addition facultative de commande de polarisation. Comparaison avec un simple et triple spectromètre (Figure. 3) ...
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Discussion
Les instructions ci-dessus illustrent la méthode de spectroscopie de quasi-résonance assistée par phonon. En passant à un état discret QD, on peut surveiller la raie d’émission de phonons, atteignant des résolutions élevées. Dans l’exemple fourni, en utilisant des phonons, il est même possible de résoudre la largeur de raie limitée à durée de vie de l’exciton neutre visible dans les expériences. La méthode est facile à intégrer dans les configurations de spectroscopie PL existantes. Comme nous l’avons mentionné, une fois...
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Déclarations de divulgation
Les auteurs n'ont rien à dévoiler.
Remerciements
Les auteurs tiennent à remercier Allan Bracker et Daniel Gammon au Naval Research Laboratory pour fournir les échantillons étudiés. Ce travail a été soutenu (en partie) par la Defense Threat Reduction Agency, Bourse de recherche de base # HDTRA1-15-1-0011, à l'Université de Californie-Merced.
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Matériaux
| Nom | Entreprise | Numéro de catalogue | Commentaires |
|---|---|---|---|
| Laser à diode accordable DL pro | Toptica Photonics | DL Pro | |
| Système de réfrigérateur sans cryogène à cycle fermé pour la microscopie | Cryo Industries of America Inc. | Sourcemètre Cryocool G2 | |
| Keithley ; | 2611a | ||
| 50X Mitutoyo Plan Apo NIR Objectif corrigé à l’infini | Mitutoyo America Corporation | 378-825-5 | |
| Pompe turbo | Pfeiffer Vacuum | HiPace 80 | |
| NIR Miroirs ; | Thor labs | BB1-E03 | |
| Polariseurs ; | Thorlabs | LPNIR050-MP | |
| 200 ; mm Lentille achromatique à revêtement AR ; | Thorlabs | AC254-200-B-ML | |
| 100 ; mm Lentille achromatique à revêtement AR ; | Thorlabs | AC254-100-B-ML | |
| 960 Filtre passe-long | Thorlabs | 960aelp | |
| 960 Filtre passe-court | Thorlabs | 960aesp | |
| Ralentisseur variable à cristaux liquides | Meadowlark Optics | LVR-100 | |
| 0.75 ; m Spectromètre Acton SpectraPro | Princeton Instruments | Trivista | |
| Caméra refroidie à l’azote liquide ; | Princeton Instruments | 7508-0002 | |
| Caméra externe | Watec | Wat-902H Ultimate | Optionnel |
| Ostoalloy | Lake Shore Cryotronics | Ostalloy 158 | |
| Fil d’or (calibre 40) | Surepure Chemetals | Au-Wire-03-02 | |
| Silver Epoxy | A.I. Technology | Prima-Solder EG8020 | |
| Program Software ; | National Instruments ; | LabView |
Références
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- Valenti, J. A., Fischer, D. A. Spectroscopic Properties of Cool Stars (SPOCS). I. 1040 F, G, and K Dwarfs from Keck, Lick, and AAT Planet Search Programs. ApJ. 159, 141-166 (2005).
- Oetiker, B., et al. Searching for Companions to Late Type M Stars. .Astro. Soc. Pac. Conf. Ser. 212, (2000).
- Seguin, R., Rodt, S., Schliwa, A., Potschke, K., Pohl, U. W., Bimberg, D. Size-dependence of anisotropic exchange interaction in InAs/GaAs quantum dots. Phys. Status Solidi B. 243 (15), 3937-3941 (2006).
- Belhadj, T., et al. Controlling the Polarization Eigenstate of a Quantum Dot Exciton with Light. Phys. Rev. Lett. 103 (1-4), (2009).
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