High Resolution фононами квазирезонанса флуоресцентной спектроскопии

Общая цель фонон-ассоциированной квазирезонансной флуоресцентной спектроскопии заключается в достижении ограниченного по ширине лазерной линии разрешения оптических спектров атомоподобных полупроводниковых структур с помощью стандартной фотолюминесцентной спектроскопии. Этот метод облегчает изучение в полупроводниковой оптической спектроскопии нулевых размерных систем, таких как квантовые точки, азотно-вакантные центры в алмазе и дефекты в карбиде кремния. Основное преимущество этой методики заключается в том, что она имеет возможность получать оптические спектры с высоким разрешением энергетических особенностей менее 10 микроэлектронвольт, сохраняя при этом поляризационную информацию.

Применение этого метода расширяет возможности оптической спектроскопии благодаря ее способности получать оптические спектры с высоким разрешением. Люди, плохо знакомые с этим методом, будут испытывать трудности с поиском сигнала. Самым большим препятствием является использование одного спектрометра и фильтра затухания для устранения рассеянного лазерного света.

Начните с материала или устройства, которое будет использоваться в эксперименте. Это устройство имеет молекулы квантовых точек, установленные на чипе. Обзор молекул квантовых точек представлен на этой схеме.

Между слоями арсенида галлия находятся два слоя квантовых точек на основе арсенида индия. Каждая квантовая точка может быть оптически адресована. Молекулы квантовых точек находятся во внутренней области диода Шоттки, что позволяет применять электрическое поле.

Первым делом необходимо установить устройство на холодный палец криостата для охлаждения. Прежде чем установить чип на холодный палец, нанесите индийскую фольгу, чтобы он опирался на него. Далее положите фишку на место поверх фольги.

С помощью винтов и шайб на каждом конце устройства плотно притяните его к холодному пальцу и обеспечьте хороший термический контакт. Продолжайте, присоединив электродные провода устройства к контактам в криостате, которые подключаются к источнику измерителя. Теперь установите криостат на столик для трансляции XYZ и сделайте образец доступным для оптических зондов.

В этом случае этап трансляции уже находится в оптическом тракте эксперимента. Вакуумируйте криостат перед его охлаждением до нужной температуры. Как только образец остынет, приступают к работе с оптическими элементами.

Для фотолюминесценции необходимо установить объектив с большим рабочим расстоянием и коллимационную линзу, чтобы улавливать свет от образца. Оттуда с помощью зеркал направляйте свет на одноступенчатый спектрометр. Используйте ПЗС-камеру с азотным охлаждением для определения спектров.

В этом эксперименте мы используем последний каскад тройного спектрометра. Для выравнивания установите источник белого света рядом с образцом. Подсветите образец с помощью источника, прежде чем продолжить.

Используйте отдельную камеру для захвата изображения образца в спектрометре. На стенде поработайте над правильной юстировкой коллиматорной и фокусировочной линз для повышения резкости изображения образца. Завершайте юстировку только тогда, когда в камере появится чистое, сфокусированное изображение.

После удаления источника света подготовьте лазер для возбуждения образца. Используйте настраиваемый диодный лазер, настроенный на энергию выше переходов основного состояния. Направьте лазер на образец под косым углом, чтобы уменьшить обнаружение рассеянного света.

Используйте объектив, чтобы сфокусировать пятно луча до минимально возможного размера в области, захваченной камерой. Обзор конфигурации на этом этапе представлен на этой схеме. Обратите внимание на косой угол лазерного излучения на образец для снижения шума.

Используйте лазер для возбуждения более высокой, нерезонансной энергии и запустите программное обеспечение для сбора спектра в режиме фокусировки для наблюдения за сигналом. Используйте столик для переноса корпуса образца для сканирования образца с помощью лазерного пятна. Когда ПЗС-матрица захватит дискретные линии переходов основного состояния, остановите сканирование.

Сконцентрируйтесь на одной молекуле квантовой точки и оптимизируйте сигнал, точно настраивая положение лазерного луча. Следующим шагом является создание карты смещения с помощью программного обеспечения для управления кругами. Сначала программное обеспечение применяет потенциал смещения к электродам образца с помощью измерителя-источника.

Затем он записывает спектр, связанный с этим значением смещения. Карта создается путем увеличения потенциала смещения через равные промежутки времени, записи энергетического спектра при каждом значении смещения и использования данных для создания этого представления. Имея карту смещений, определите переход, который будет волнительным.

Обратите внимание на энергию перехода и интересующий нас диапазон смещения. На этом рисунке переход осуществляется поэтапно путем сканирования температуры образца. Сигнал обнаружения будет присутствовать, когда лазер будет резонировать с переходом.

Используйте выбранный переход для определения краевых фильтров для оптической конфигурации. Энергия перехода оправдывает использование фильтра коротких частот 960 нанометров для ветви возбуждения. Продольная энергия оптического излучения фононов для полупроводникового сплава оправдывает использование фильтра длиной 960 нанометров для детектирующей ветви.

Тип фильтра в настройках может упростить последующие шаги. Фильтры интерференционной отсечки идеально подходят, потому что их можно настроить, отрегулировав угол. На компьютере установите энергию возбуждения лазера и минус одну продольную центральную частоту оптического фонона.

Запустите ПЗС, собирая спектры в непрерывном режиме. В этой точке сигнал может быть скрыт за счет сперстера. Для того чтобы сигнал был максимальным, вернитесь к скамейке.

Там настройте фильтр коротких частот, отрегулировав его угол так, чтобы получить правильный срез длины волны. Отслеживайте сигнал на предмет обратной связи, чтобы определить наилучший угол. В программном обеспечении для управления лабораторией установите энергию лазера для сканирования диапазона, центрированного по энергии перехода, и установите диапазон напряжений смещения для сканирования.

Эта карта смещения была создана путем установки энергии лазера, изменения смещения в его диапазоне для сбора спектра, а затем повторения этого во всем диапазоне энергий лазера. Собирая данные о фоне одновременно, они могут быть использованы во время постобработки для удаления ложных сигналов и создания улучшенного изображения. Как видно на этих схемах, экспериментальная установка для метода фонон-ассистированной спектроскопии почти такая же, как и для стандартной спектроскопии.

Единственное отличие заключается в наличии краевых фильтров как на трактах детектирующего, так и на возбуждающем пучке в фонон-ассистированном методе. Чтобы сравнить эту методику с другими, рассмотрим разрешение нейтрального экситона. Эти данные получены с одного спектрометра с нерезидентным возбуждением около 918 нанометров.

Спектральное разрешение составляет около 26 микроэлектронвольт на пиксель, и расщепление электронно-дырочного обмена не может быть устранено. При исследовании той же спектральной области спектрометром в тройном аддитивном режиме разрешение составляет около 10 микроэлектронвольт. Расщепление электронных дырок начинает разрешаться.

Используя метод квазирезонансной фонон-ассистированной спектроскопии в той же спектральной области, разрешение лазера ограничено, что дает разрешение лучше одного микроэлектрон-вольта, и два пика хорошо разрешаются. Красная кривая является результатом двойного лоренциева подгонки. Это предполагает изотропное электронно-дырочный обменное расщепление примерно на 23,3 микроэлектронвольта.

Однажды освоив эту технику, ее можно сделать за пару часов. При попытке выполнить эту процедуру важно помнить, что после получения сигнала фотолюминесценции ключом к хорошему спектру является возможность отделить лазер от фотолюминесценции. После выполнения этой процедуры в конфигурацию могут быть внесены другие дополнения, такие как добавление поляризационных анализаторов как в путь возбуждения, так и в путь детектирования.

После своего развития этот метод проложил путь исследователям в области физики полупроводников к дальнейшему изучению нулевых размерных систем, таких как квантовые точки. После просмотра этого видео у вас должно сложиться очень хорошее представление о том, как использовать этот метод квазирезонансной флуоресцентной спектроскопии с фононным сопровождением для получения оптических спектров атомоподобных твердотельных систем с очень высоким разрешением. Не забывайте, что работа с лазерами может быть чрезвычайно опасной, и при проведении этих экспериментов следует постоянно носить меры предосторожности, такие как надлежащее защитное снаряжение.