ספקטרוסקופיה פלואורסצנטי Quasi-תהודה רזולוציה גבוהה בסיוע Phonon

סיכום

כתב היד מתאר שיטה של ספקטרוסקופיה פלואורסצנטית מעין-תהודה בעזרת פונון המשלבת הן רזולוציה מוגבלת בלייזר והן ספקטרוסקופיה פוטו-לומינסנציה (PL). שיטה זו משתמשת בפונונים אופטיים כדי לספק ספקטרום ברזולוציה מוגבלת ברוחב קו של מבנים מוליכים למחצה דמויי אטום בתחום האנרגיה. השיטה מתממשת בקלות גם עם מערך ספקטרוסקופיה אופטית של ספקטרומטר יחיד.

תקציר

שיטות ספקטרוסקופיה אופטיות ברזולוציה גבוהה דורשות מבחינה טכנולוגית או, ציוד, מורכבות, זמן או שילוב של אלה. כאן אנו מדגימים שיטה ספקטרוסקופית אופטית מסוגלת לפתור תכונות ספקטרליות מעבר לזה של מבנה הספין המשובח linewidth הומוגנית של נקודות קוונטיות יחידות (QDs) באמצעות הגדרת ספקטרומטר רגילה, קל לשימוש. שיטה זו משלבת את שתי לייזר וספקטרוסקופיה photoluminescence, המשלב את היתרון של רזולוציה מוגבלת קו רוחב לייזר עם זיהוי photoluminescence הרב ערוצית. תכנית כזו מאפשרת שיפור ניכר ברזולוציה מעל לזה של ספקטרומטר חד-שלבים משותף. השיטה משתמשת פונונים לסייע במדידה של photoluminescence של נקודה קוונטית אחת לאחר עירור התהודה של המעבר למדינה הקרקע שלה. הבדל האנרגיה של פונון מאפשר להפריד ולסנן את אור הליזר מרגש הקוונטים נקודים. פה יתרוןature של שיטה זו הוא שילוב קדימה ישר לתוך setups ספקטרוסקופיה סטנדרטי, אשר נגישים רוב החוקרים.

מבוא

רזולוציה גבוהה היא המפתח לפיצוח ידע חדש. עם הידע הזה, טכנולוגיות חדשות ניתן לפתח כגון חיישנים טובים יותר, כלי ייצור מדויקים יותר, והתקנים חישובית יעילים יותר. יצירת מפתח זה, עם זאת, לעתים קרובות מגיע במחיר גבוה של משאבים, זמן או שניהם. בעיה זו בכל מקום בכל הקשקשים מן הפיזיקה האטומית של פתרון degeneracies ההרים של אלקטרוני ספינים לאסטרונומיה שבו משמרת רפאים קטנה יכולה להוביל לגילוי של כוכבי לכת ליד כוכבים רחוקים. ^1,2,3

במוקד עבודה זו הוא על שימוש התקנת ספקטרומטר סטנדרטי ולהראות כיצד היא יכולה לפתור תכונות ספקטרליות מתחת לגבול הרזולוציה שלה, במיוחד בכל הנוגעים בתחום האופטיקה מוליך למחצה. בדוגמה המוצגת היא של גומות אלקטרונים איזוטרופי (אה) פיצול החליפין נקודות קוונטיות אינאס / GaAs (QDs), אשר היא בסדר גודל של כמה μeV. ⁴ מגבלת הרזולוציה של ג ספקטרומטר, לא ניתן להתגבר על ידי שילוב טכניקות PL לייזר ספקטרוסקופיה סטנדרטי. שיטה זו של הקרינה מעין-תהודה יש ​​ערך מוסף של השגת רזולוציה מוגבלת לייזר באמצעות ספקטרומטר חד-שלבי שבשגרה.

מערכת ספקטרוסקופיה אופטית סטנדרטית עבור ספקטרוסקופיה יחיד QD PL מורכב monochromator חד-שלבי 0.3-0.75 מ 'ועם מטען מכשיר המצמיד (CCD) גלאי יחד עם מקור ליזר עירור ואופטיקה. מערכת כזו היא במקרה הטוב מסוגלת לפתור 50 μeV בספקטרום האינפרה-אדום הקרוב סביב 950 ננומטר. אפילו עם השימוש בטכניקות סטטיסטיות deconvolution, התקנת monochromator כגון יחיד אינה מסוגלת לפתור פחות מ -20 μeV במדידות PL. ⁵ החלטה זו ניתן גם לשפר את המצב באמצעות ספקטרומטר משולשת, במצב כתוסף משולש, שבה הספקטרום הוא כל התפזר ברציפות על ידי שלוש לגדרות. ספקטרומטר המשולשת יש את היתרון של רזולוציה מוגברת, מסוגל לפתורכ -10 μeV. במאמר תצורה חלופית, במצב תוסף משולש, שתי השבכות הראשונות להתנהג כמסנן מעביר פס, מתן התכונה הנוספת של יכולת להפריד בין העירור וגילוי בפחות מ -0.5 MeV. החסרון של ספקטרומטר המשולשת הוא שזה מערכה יקרה.

בטרם תציג את השיטה של ​​עניין, אנו בקצרה גישות ניסיוניות אחרות, עם מורכבות גדלות, להשיג רזולוצית ספקטרלית טובה יותר והם מסוגלים לפתור את המבנה העדין של QDs היחיד. אלמנטים משיטות אלו רלוונטיות השיטה המוצגת. שיטה אחת כזו היא הוספת אינטרפרומטר פברי-פרו (FPI) בנתיב זיהוי של התקנה ספקטרומטר יחידה. ⁶ באמצעות שיטה זו הרזולוציה מוגדרת על ידי העידון של FPI. לכן, ההחלטה של ספקטרומטר הוא השתפר עד 1 μeV, במחיר של מורכבות גדלות ואת עוצמת אות נמוכה. ⁷ שיטת אינטרפרומטר גם משנה את operati הכלליעל של ספקטרומטר עם מצלמת CCD, הופך יעיל גלאי נקודה אחת, ואת הכוונון באמצעות אנרגיות שונות מושג על ידי התאמת חלל FPI עצם.

קרינת תהודה (RF) ספקטרוסקופיה, שיטה אחרת שבה מעבר אופטי בודד הוא גם נרגש פיקוח גם מציע את ההבטחה של ספקטרוסקופיה ברזולוציה גבוהה. החלטת ספקטרלי מוגבלת רק על ידי linewidth הליזר ושומרת על CCD כגלאי רב ערוצית, שבה לא רק חיישן אחד מזהה את האות אך מספר פיקסלים CCD. זיהוי רב זהו יתרון מבחינת מיצוע אות. האתגר בספקטרוסקופיה RF הוא מפריד את אות PL מהרקע הגדול של אור הליזר המפוזר, במיוחד כאשר מודדים ברמת QD היחידה. מספר טכניקות שניתן להשתמש בהם כדי להוריד את היחס של אות אור הלייזר מפוזרים, אשר כרוך גם הקיטוב ^8, ההפרדה המרחבית ⁹ או הזמני ¹⁰של עירור וגילוי. הראשונה היא להשתמש מקטבי הכחדה גבוהים לדכא את האור המפוזר, אבל בשיטה זו יש התוצאה השלילית של איבוד מידע קיטוב מן PL. ⁸ שיטה נוספת להסיג לך קרינת תהודה היא להנדס מערכות מוליכות למחצה, כי הם מצמידים את החללים אופטיים שבו נתיבי עירור וגילוי מופרדים מרחבית. זו מבטלת את הבעיה של צורך לפתור את אות PL מרקע הליזר הגדול. עם זאת, שיטה זו מוגבלת ייצור מדגם מורכב המהווה משאב כללי אינטנסיבי. ⁹

מח' נוספת של שיטות כי הוא גם מסוגל לפתור את מחלוקות אנרגית דקות היא של ספקטרוסקופיה ליזר הטהורה, כגון שידור הפרש, אשר יש את היתרון של השגת רזולוציית מוגבלת ליזר עם מידע קיטוב מלא. שיטה זו בדרך כלל דורשת נעילת הזיהוי לצפות לשינויים זעירים הטרנסהמשימה אות בהשוואה לזו של הרקע לייזר גדול. ¹¹ לאחרונה, ההתקדמות nanofabrication הובילו דחיפה של שבריר של אור הלייזר אינטראקציה עם QD (ים) האחרונים ערכים של עד 20%, על ידי או באמצעות בהתאמה מדד מוצק עדשות טבילה או הטבעה את הנקודות בגלבו גבישים פוטוניים. ¹²

למרות השיטות האלה יש את היכולת להשיג ברזולוצית אנרגיה גבוהה, הם באים במחיר של ציוד יקר, ייצור מדגם מורכב ואובדן המידע. השיטה בעבודה זו משלבת אלמנטים משלוש השיטות הללו מבלי להוסיף מורכבות במכשור או בדית מדגם התקנת PL רגילה.

מחקר שנערך לאחרונה הוכיח כי עם מערכת ספקטרומטר משולשת במצב תוסף, אפשר לדמיין את המבנה העדין-שלישיית גופייה בספקטרום מעבר שני פוטונים של מולקולת נקודה קוונטית (QDM). ¹³ פיצול האנרגיה המעורב על מנתשל כמה עשרות μeV נפתרו באמצעות מצב תוסף משולש, אשר אפשר כדי להלהיב את המעברים עמוקים ומהדהדת וכדי לזהות בתוך פחות MeV. מידע ספקטרלי הופק על ידי ניטור מתחת המעבר באמצעות פונונים אקוסטי אחרים תחתונים שוכבת מעברי אקסיטון. שיטה זו יכולה לחול גם על לפתור את איזוטרופי אה פיצול חליפין ואפילו linewidth-מוגבל לכל החיים של מעבר אקסיטון של 8 μeV ו -4 μeV, בהתאמה כפי שניתן לראות באיור 1. בדומה תוצאה זו, במאמר זה יתמקד פשוט התקנת ספקטרומטר כי תשלב רבים מן היתרונות כי השיטות ברזולוציה גבוהה האחרות להחזיק. בנוסף ה- CCD יישאר כגלאי הרב ערוצית. הגדרת הניסוי יכולה גם להיות כל זמן יחסי זולות למדי לשיטות ספקטרוסקופיה ברזולוציה גבוהה אחרות ויש לו הערך המוסף של להיות שונה בקלות להשיג מדידות קורלציה נקודה אחת. בניגוד usin התוצאהפונונים אקוסטי גרם ו ספקטרומטר משולשת, המפתח הבסיסי הוא להפוך את השימוש של הלווין-פונון LO הקשורים מוליך למחצה וסגסוגות הקשורים שמרכיבים דגימות מוליכות למחצה. הפרדת האנרגיה בין לווין-פונון LO ואת הקו האפס-פונון (ZPL) היא בסדר גודל של עשרות MeV עבור דגימות כאלה, המאפשרת השימוש של ספקטרומטר חד-שלבים. ¹⁴ זה הפרדת האנרגיה מאפשרת שימוש של מעין המוצעת שיטת ספקטרוסקופית -resonance באמצעות תקיעת מעבר עמוק ומהדהד והניטור מתחת העירור על ידי אנרגיה השוותה פונון אחד LO. טכניקה זו היא מקבילה לזה של עירור PL שבו אחד שמרגש לתוך מעבר נרגש ומפקח על המעבר למדינת קרקע. ¹⁵ ההפרדה בין מעבר זמן במצב של התרגשות כי הלווין-פונון LO מאפשר שימוש במסננים לעבור קצה לדיכוי מפוזרי אור בצורה אלסטית. שיטה זו של שימוש הלוויין פונון מאפשרת רזולוציה מוגבלת linewidth לייזרהמעבר, מאז עמוק ומהדהד מרגש הוא בדרך כלל הפעם היחיד כי פליטת הלווין-פונון LO הופכת לגלויה.

פרוטוקול

הערה: המתודולוגיה המתוארת היא ספציפית תוכנה מסוימת, אם כי חבילות תוכנה אחרות עשויות לשמש במקום.

1. הכנת דוגמאות להתקרר

1. לפברק המדגם.
   1. לגדל את המדגם, בשיטת גידול Stranski-Krastanov באמצעות epitaxy קרן המולקולרי יצירת השנייה אנכי מוערם עצמי התאסף אינאס / GaAs QDs כי הם מופרדים על ידי מחסום מנהרה 4 ננומטר כפי שתואר לעיל. ¹⁶ השבץ QDs במבנה אפקט שדה חשמלי (כלומר, דיודת שוטקי) המאפשרת שדה חשמלי כדי להיות מיושמת על QDMs. ¹⁷
      הערה: שימוש QDMs אינו דרישה עבור השיטה. כמו כן, מוליך למחצה אינאס / GaAs אינו נחוץ, הטכניקה תעבוד QDMs או QDs להתבצע מכל שילוב של מוליכים למחצה.
   2. לפברק דגימות כך QDs הפרט להיות יכול התייחס אופטית. עושה זאת על ידי הוספת מסיכת צמצם לחלק העליון של המדגם או מ 'aking מדגם בצפיפות נמוכה עם 10 ⁸ QDs / ² ס"מ או פחות תלוי בגודל במקום מוקד. ¹⁸
2. הר מדגם לתוך כותרת השבב.
   1. החל סגסוגת המורכבת ביסמוט 50%, 26.7% עופרת, 13.3% בדיל, וקדמיום 10% על הכותרת שבב קרמיקה. מחמם את השבב באמצעות פלטה חשמלית עד סגסוגת לנוזל. מניחים בתחתית המדגם על סגסוגת מעובה הצמדתו בכותרת שבב.
      הערה: בתחתית המדגם היא אחד האלקטרודות של דיודת שוטקי ונקודת ההלחמה לכותרת השבב מחובר סיכה. חלופי נוספת לחיבור המדגם הוא אפוקסי כסף מוליך.
3. ציית חוט זהב 40 G מנקודה (בפינה העליונה) של המדגם כדי סיכה על השבב.
   1. מניח טיפה של אפוקסי כסף בפינה העליונה של מדגם אגל אחד על אחד של רפידות סיכה על השבב.
   2. בזהירות להניח את חוט זהב בשתי טיפות.
      הערה: החלק העליון של tהוא המדגם הוא האלקטרודה השני של דיודת שוטקי המאפשרת יישום של שדה חשמלי.
4. הר השבב מדגם לתוך cryostat ולהבטיח יש מדגם קשר תרמי טוב עם בעל המדגם נחושת.
   1. החל לסכל אינדיום בין השבב לבין האצבע הקרה של cryostat.
   2. לחץ הר השבב אל האצבע קרתה. השתמש שני ברגים עם מנקים והדק היטב על מנת להבטיח קשר תרמי טוב עם האצבע הקרה הנחושת של cryostat.
5. צרף חוטי מהפינים השבב מחוברים לשני האלקטרודות העליון ותחתון על המדגם. תיילים אלה באמצעות cryostat למקור מטר.
   הערה: מד המקור חל הטיה על אלקטרודות של המדגם, חשיפת QDs לשדה חשמלי חיצוני.
6. לפנות ולהביא את תא cryostat מדגם כדי ואקום. הפעל את המשאבה טורבו, פינוי לכ 10 ^-6 Torr כהכנה להתקרר של סםple.
   הערה: קירור ובקרת טמפרטורה עבור הניסוי נעשה עם cryostat מורכבת מקרר מחזור סגור בתא מדגם מיקרוסקופ מצורף.
7. הפעל את מדחס cryostat. אפשר cryostat כדי לקרר את המערכת עד שהגיע לטמפרטורה הרצויה.
   הערה: התוצאות המוצגות הטמפרטורה הייתה כ 18 ק לאחר המדגם הוא מקורר, המערך יהיה מוכן לפעולה עבור ההתקנה של אופטיקה שיאפשר עבור המדידה האופטית שיש לנקוט.

הגדרת אופטיקה 2.

הערה: כל להגדיר נהלים, הפעל את מד לייזר, מקור, ספקטרומטר ו CCD ידי או באמצעות התוכנה המצורפת על ידי היצרן או תוכנית אישית אחרים.

1. לקבלת אוסף PL, למקם עדשת collimation אובייקטיבית מיקרוסקופ מרחק עבודה ארוכה 50X עולה בקנה אחד עם העדשה המתמקדת אות PL על ספקטרומטר. אסוף הקשת נפגשים בתוך 0.75 מ"מonochromator בו את האות התפזרה על ידי 1,100 מ"מ ^-1 צורמת ואובחנה באמצעות חנקן נוזלי מקורר מצלמת CCD פיקסל 1,340 x 100.
2. באמצעות מקור אור לבן, להאיר את המדגם.
   1. למקד את התמונה של המדגם באמצעות מצלמה חיצונית ואת ספקטרומטר על ידי יישור כל אופטיקה כראוי בצד זיהוי (כלומר, collimation והתמקדות העדשה) ו באורך גל אפס לקבל תמונה ממוקדת נקי של המדגם על CCD ספקטרומטר.
      הערה: זה עוזר שיש עוד מצלמת הדמיה חיצונית כדי לעזור עם יישור מקבל תמונה חדה של המדגם.
3. לאחר הדפסת הצד זיהוי מוגדר, למקד את הלייזר על המדגם. פוקוס במקום קרן לגודל הקטן ביותר האפשרי על המדגם באמצעות עדשה. השתמש ליזר דיודה מתכונן עם מגוון עירור שמכיל את אנרגיות מעבר למדינת קרקע. הגדר את האירוע לייזר מדגם בזווית אלכסונית. יתרון של שכיחות אלכסונית הואכי זה עוזר להיפטר של חלק גדול של אור הליזר המפוזר.
4. Excite המדגם בכל האנרגיה הלא התהודה גבוה. באופן אופטימלי, עושה זאת על ידי מרגש בבית אנרגיה מתחת לשכבת ההרטבה. עבור QDMs אינאס / GaAs במחקר זה הדבר מקביל ל 75 MeV או יותר מעל מעברי מדינת קרקע.
5. הפעל את תוכנת רכישת ספקטרום במצב מיקוד. סרוק את המדגם על פני מקום הליזר באמצעות במת תרגום XY ומצורף הדיור מדגם מיקרוסקופיה cryostat. האם זה עד CCD ספקטרומטר לוכד את קווי הנבדל של מעברי קרקע-המדינה. מרכז את זיהוי על אחד QDMs.
   הערה: פעם QDM נמצא, ההתקנה האופטית הושלמה. עבור הדגימות בשימוש באנרגיות מצב היסוד הוא סביב 1,300 MeV.
6. ליצור מפת משוא פנים.
   1. למרוח פוטנציאלי באמצעות מקור המטר (שלב 1.5) מחובר לאלקטרודות על המדגם; זה חל הטיה פני אלקטרודות בתורו יצירת שדה חשמלי על QDMים.
      הערה: טווח ההטיה להחיל המדגם הוא 0-2 V ברחבי מבנה דיודת שוטקי. זה כאשר ההתקן נמצא הטיה הפוכה, והשדה החשמלי מגביל את כמות חיובים של QDM המאפשר מדינות תשלום הפרט להיות גלוי.
   2. קח ספקטרה הפרט בערכי מתח שונים מוגדלים, בהתאם לרזולוציה רצויה זה נע בדרך כלל בין מאיות כדי אלפית וולט. שלב ספקטרום הבודד אלה יחד באמצעות תכנית אישית (למשל, LabView).
      הערה: התכנית יכולה להיות מקודד בקלות באמצעות מגוון רחב של תוכניות שונות כדי לשלב את עמודות הווקטור של ספקטרום הפרט לתוך מטריצה, בניסוי שהוצג זה נוסף ב לאחות את הנתונים בזמן אמת.
      1. לחץ על כפתור ההפעלה לקחת מפת משוא פנים. זה לוקח ספקטרה ב הטית סט ולהפוך אותו וקטור עמודה, ולאחר מכן מוסיף כל ספקטרום הטיה מוגדלת כפי עמודה נוספת.
         הערה: זה יוצר מטרי נתוניםx כאשר את ערכי העצמה מתאימים העוצם PL, שורות מייצגות / גל אנרגיה, ועמודות מתאימות מתח. מפת ההטיה צריכה להיות לצפייה כפי שהוא מתנהל, ובכך מאפשר משוב בזמן אמת על איכות הנתונים.
         הערה: מפת ההטיה עוזרת לזהות תצורות תשלום שונות ונותנת את המידע הנכון כדי להשלים את ההתקנה של שני העירור ושבילי זיהוי.
7. זהה את המעבר כי יהיה שמחה. הערת האנרגיה של המעבר ואת טווח ההטיה של עניין.
   1. בשלב זה להחליט כיצד עירור הלייזר יהיה מכוון דרך המעבר. קיימות שלוש אפשרויות שונות כדי לקבל את הליזר כדי להלהיב לתוך המעבר למדינת קרקע:
      1. כוון את האנרגיה מעבר על ידי טמפרטורה. ¹⁸
      2. השתמש ב- SHIFT סטארק המעבר להשיג תהודה עם אנרגיית הלייזר. ¹⁹
         הערה: תכונה נחמדה של שתי השיטות שהוזכרו לעיל iים כי מקור לייזר מתכונן אינו נחוץ, שכן המעברים QDM מכוונים באמצעות אנרגיית הלייזר קבוע.
      3. לחלופין, להשתמש במקור ליזר מתכונן, דריכת אנרגיות ליזר דרך המעבר. אות זיהוי תהיה נוכחים כאשר הליזר הוא מהדהד עם המעבר, זה נותן את המדידה הרזולוציה ספקטרלית המוגבלת הליזר שלה. זה יהיה מוקד למשך שארית של הפרוטוקול.
8. עם המעבר זיהה ואת הפרמטרים של הניסוי הוגדרו, בחר שני אנרגיות העירור וגילוי לשקילים.
   1. בחר את אנרגית העירור כמו זה של המעבר. בחר את זיהוי כאנרגיה של המעבר הנרגש מינוס האנרגיה של פונון (LO) האופטי האורך הקשורים סגסוגת מוליך למחצה. שימוש בערכים אלה, לבחור את המסננים לעבור קצה הנאים למדידה; הם חייבים להיות הפסקות בין אנרגיות עירור וגילוי.
      הערה: עבור experimתוצאות ental שהוצגו, המעבר מונע היה אקסיטון המדינה באיצטדיון נייטרלי שמוצג באיור 3, שנצפה 1,301.7 MeV ופליטת פונון -1 LO ממוקמת 1,266 MeV, המקביל ל 952.5 ננומטר 979.3 ננומטר, בהתאמה. לכן אנו משתמשים במסנן לעבור קצר 960 ננומטר עבור עירור ומסנן מסירה ארוכה 960 ננומטר לצורך זיהוי. מסננים חתוכים הפרעות הם אידיאליים למטרה זו שכן הם יכולים להיות מכוונים על ידי התאמת הזווית.
9. הגדר את הלייזר כדי לעורר את האנרגיה המעבר של עניין, אשר נעשית על ידי הזנת ערך לייזר באורך גל הרצויה בשדה הכניסה המתאים בלוח הקדמי של תוכנות שליטה לייזר.
10. קבע את אורך גל המרכז לערך שנקבע מראש כדי לפקח על פליטת פוטוני -1 LO-ידי הזנת ערך גל המרכז הרצוי בשדה הכניסה המתאים בלוח הקדמי של תוכנות שליטת ספקטרומטר.
    הערה: פליטת פוטונים -1 LO עבור אינאס / GaAs הוא approximately 36 MeV מתחת המעבר אקסיטון כי יהיו שמחים.
11. שימוש בתוכנת המצלמה, להתחיל אוסף עם CCD ידי הפעלת תוכנת רכישת ספקטרום במצב מתמשך על ידי לחיצה על כפתור מצב מיקוד. אות צריכה להיות גלויה או עדיין יכולה להיות מוסתר על ידי פיזור הליזר.
12. מקסם את האות. שלב קריטי: כוון את המסנן קצר לעבור עירור, על ידי התאמת הזווית שלה מעט כך יש לו את הפסקת הגל הראויה.
    הערה: הזווית האופטימלית היא הוקמה על ידי ניטור האותות תוך התאמת הזווית של מסנן המעביר הקצר. על ידי שינוי הזווית של המסנן זה משנה את אורך הגל החתוך. המפתח הוא לוודא כי כמו הרבה אור הליזר ככל האפשר מדוכא מהאוסף.

3. הגדרת מדידה Quasi-תהודה

1. גדר פרמטרים ניסיוניים על המחשב שולט באמצעות המסך הראשי של התוכנה המותאמת אישית. לשם כך, להפעיל את תוכנית איסוף לחץ על הקיטוב דואר שלב, טמפ, או כרטיסיית WL. זו מגדירה את כל הערכים הניסיוניים ופעם הריצה, אוספת נתונים באמצעות הפרמטרים השונים.
   הערה: הנתונים של הניסוי שלנו לוקחים את כל המחשב שולט תוכנתו מותאמת אישית. המפתח הוא להיות תוכנה או תוכנית מסוגל להגדיר את אורך הגל במרכז ספקטרומטר, לשלוט מטר CCD ומקור, צעד אנרגיית הלייזר דרך המעבר תוך איסוף מגוון של ספקטרום ב הטיות שונות.
   1. קלט בטווח אנרגיית הלייזר נקבע כי לייזר באמצעות יסרוק: מכ -50 μeV מעל אנרגיה המעבר אקסיטון נייטרלי של 1,301.7 MeV, 50 μeV להלן. קבע את אורך הגל הראשוני כדי להתחיל בסריקה באמצעות השדה "הרצוי WL (ננומטר)". הגדר את טווח סוף לייזר לסריקה ( "יחידת מנוע הסוף").
   2. הגדר את טווח ההטיה שמקור המטר יסרוק באמצעות על ידי לחיצה על הכרטיסייה "הגדרות מתח". הגדר את val הטיה החלue ( "התחל מתח (V)"), הערך הטיה הסוף "מתח הקצה (V)" ואת גודל צעד ההטיה "שלב מתח (V)". כאן, טווח הטיה סרק היה 1.68 כדי 1.82 V.
   3. זמן קלט את השילוב שנבחר על ידי לחיצה על הכרטיסייה "הגדרות מצלמה". קבע את זמן האינטגרציה עבור CCD בפרק "חשיפה (ים)" (עיין לשלב 3.3). בחר זמן אינטגרציה סביר עבור CCD. ניסוי עם זמן האינטגרציה לקבל אות טובה. ככל שעולה זמן אינטגרציה מיצוע אות חזק יותר כי הוא בר השגה. ²⁰
      הערה: פעמי אינטגרציה המשמשות הניסוי היו 10 שניות. אבל, פעמי אינטגרציה יכולות להיות נמוכות כמו 0.5 שניות, תלוי בכוחו של אות PL. לפעמים זה אפילו אין צורך לראות את האות בסריקות פרט אלא על תופר את הספקטרום יחד סיכום הנתונים בתוספת היכולת של העין לשרבב יגלה המעברים ב עירור photoluminescence (PLE) המפה.

4. קליטת נתונים

1. לאחר הפרמטרים הניסיונות מוקמים להתחיל את הניסוי. התחל אוסף על ידי לחיצה על כפתור ההפעלה.
   הערה: בכל אנרגית ליזר התוכנה משתנית הטית לקיחת תדרים, ספקטרום ברקע. הדבר נעשה עבור כל שלב הטיה. ואז אנרגיית הלייזר היא מגוונת התהליך נמשך עד מכלול נבחר הושלמה.
2. פוסט תהליך הנתונים.
   1. קח את הסריקות ברקע נוספות נלקחות בסוף כל מפת הטיה ולחסר את הממוצע מכל אחד עמודי משוא הפנים. השתמש בתכנית רקע חיסור, או לכתוב תכנית שלוקחת את עמודות רקע, ממוצעים אותם יחד ולחסר זה ממוצע ספקטרה רקע מכל עמודת להטיה מטריקס הנתונים. הערה: ראה קובץ קוד משלים לתכנית כמו במעבדה שלנו.
      הערה: פעולה זו מסירה אותות מופרכים אחרים הנגרמים על ידי אור ליזר מפוזר נותר, מאוד imלהוכיח את המפה משוא פנים.
3. לנתח את הנתונים.
   1. לדוגמא, כדי לחלץ את הפרמטרים המאפיינים את הקו ספקטרלי להשתמש בתוכנה הולמת מתמטית להפעיל הלורנצי הולם בכל פרוסת הטיה של מפת PL. ²¹ לאחר ההליך ההולם הושלם כל המידע יהיה במקדמים של כאלה הולמים כמו העוצמה המקסימלית, מיקום רפאים FWHM.

תוצאות

התוצאות המוצגות הדמויות להראות את היכולות ברזולוציה גבוהה של שימוש פונונים לסייע במדידה PL. סכמטית (האיור 2) עולה כי, למעט לעבור מסנני קצה הוא על עירור וגילוי, הגדרת הניסוי נשארת התקנה ספקטרוסקופיה רגילה, בתוספת האופציונלית שליטת קיטוב. השוואה עם ספקטרומטר יחיד משולש (איור. 3) מתארת ​​את השיפור הגדול של השיטה בסיוע פונון לרזולוציה. פיצול איזוטרופי אה מוצג בבירור המאפשר מדידה מדויקת של הפיצול (איור 4).

דיון

ההוראות לעיל מדגימות את שיטת הספקטרוסקופיה המעין-תהודה בעזרת פונון. על ידי ריגוש למצב דיסקרטי QD, ניתן לנטר את קו פליטת הפונון ולהשיג רזולוציות גבוהות. בדוגמה שניתנה, על ידי שימוש בפונונים ניתן אפילו לפתור את רוחב הקו המוגבל לאורך החיים של האקסיטון הנייטרלי הנראה בניסויים. קל לשלב את השיטה בהגדרות ספקטרוסקופיה PL קיימות. כאמור, ברגע שהאנרגיה של קו המעבר הרצוי מזוהה באמצעות ספקטרוסקופיה לא תהודה, אורך הגל המרכזי של הספקטרומטר נקבע על ידי הגדרתו -1 פונון LO מתחת למעבר זה. הפרש אנרגיה זה משמש לביצוע המדידה על ידי שימוש במסנ...

חומרים

רשימת החומרים שנעשה בהם שימוש במאמר זה

שם	חברה	מספר קטלוג	הערות
דיודה מתכווננת לייזר DL pro	Toptica Photonics	DL Pro
מחזור סגור מערכת מקרר ללא קריוגן למיקרוסקופיה	Cryo Industries of America Inc.	Cryocool G2
מד מקור	קית'לי	2611a
50X תוכנית Mitutoyo Apo NIR מטרה מתוקנת אינסוף	Mitutoyo America Corporation	378-825-5
משאבת טורבו	פייפר ואקום	HiPace 80
NIR מראות מצופות	מעבדות תור	BB1-E03
מקטבים	Thorlabs	LPNIR050-MP
200  עדשה אכרומטית מצופה AR מ"מ	Thorlabs	AC254-200-B-ML
100  עדשה אכרומטית מצופה AR מ"מ	Thorlabs	AC254-100-B-ML
960 מסנן מעבר ארוך	Thorlabs	960aelp
960 מסנן מעבר קצר	Thorlabs	960aesp
מעכב גביש נוזלי משתנה	Meadowlark Optics	LVR-100
0.75  m ספקטרומטר אקטון ספקטרפרו	פרינסטון אינסטרומנטס	Trivista
מקוררת חנקן נוזלי	Princeton Instruments	7508-0002
מצלמה חיצונית	Watec	Wat-902H	אולטימטיבי אופציונלי
Ostoalloy	Lake Shore Cryotronics	Ostalloy 158
חוט זהב (40 מד)	Surepure Chemetals	Au-Wire-03-02
כסף אפוקסי	AI טכנולוגיה	Prima-Solder EG8020
תוכנת תכנית	מכשירים לאומיים	לאב וויו

מצלמה