Name: Alta Risoluzione Phonon-assisted Quasi-risonanza spettroscopia di fluorescenza (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-06-28T13:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 40 s
Description: Scopri la spettroscopia di fluorescenza quasi-risonante assistita da fononi per ottenere risoluzione ottica ad alta precisione in strutture a semiconduttore simili ad atomi come i quantum dots. Questo metodo accessibile supera i limiti degli spettrometri standard.

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Gli autori vorrebbero riconoscere Allan Bracker e Daniel Gammon presso il Naval Research Laboratory di fornire i campioni in fase di studio. Questo lavoro è stato sostenuto (in parte) dal Threat Reduction Agency Difesa, Premio Ricerca di Base # HDTRA1-15-1-0011, alla University of California-Merced.

Nota: La metodologia descritta è specifico per un particolare software, anche se altri pacchetti software possono essere utilizzati al posto. 1. Preparazione del campione e Cool Down <ol><li> Realizzare il campione. <ol><li> Crescere il campione, utilizzando il metodo di crescita Stranski-Krastanov tramite epitassia a fascio molecolare creando due verticalmente sovrapposti InAs / GaAs QD auto-assemblati che sono separati da una barriera tunnel di 4 nm come descritto in precedenza. 16 Incorpora le QDs in una struttura ad effetto di campo elettrico (cioè diodo Schottky) consentendo un campo elettrico da applicare ai QDMs. 17 Nota: L&#39;uso di QDMs non è un requisito per il metodo. Inoltre, i semiconduttori InAs / GaAs non sono necessari, la tecnica funziona per QDMs o QD base di qualsiasi combinazione di semiconduttori. </li><li> Realizzare i campioni in modo che i singoli QD possono essere affrontate otticamente. A tale scopo, sia aggiungendo una maschera apertura sulla parte superiore del campione o making un campione a bassa densità con 10 8 QD / cm 2 o meno a seconda della dimensione del punto focale. 18 </li></ol></li><li> Montare il campione nell&#39;intestazione chip. <ol><li> Applicare una lega costituito da 50% di bismuto, 26,7% di piombo, 13,3% di stagno e 10% di cadmio nell&#39;intestazione chip di ceramica. Riscaldare il chip usando una piastra calda fino a quando la lega liquefa. Posizionare il fondo del campione sulla lega liquefatto fissandolo alla intestazione chip. Nota: La parte inferiore del campione è uno degli elettrodi del diodo Schottky e il punto di saldatura al collettore di chip è collegato ad un perno. Un&#39;altra alternativa per il fissaggio del campione è conduttivo epossidica argento. </li></ol></li><li> Adesione 40 G filo d&#39;oro da un punto (angolo superiore) del campione ad un perno sul chip. <ol><li> Mettere una goccia di resina epossidica argento all&#39;angolo superiore del campione ed una goccia su una delle pastiglie pin sul chip. </li><li> Adagiare il filo d&#39;oro nelle due gocce. Nota: La parte superiore di tlui campione è l&#39;altro elettrodo del diodo Schottky che consente l&#39;applicazione di un campo elettrico. </li></ol></li><li> Montare il chip e campione nel criostato ed assicurare il campione ha un buon contatto termico con il supporto del campione di rame. <ol><li> Applicare un foglio di indio tra il chip e il dito freddo del criostato. </li><li> montare il chip di pressione al dito freddo. Usare due viti con rondelle e stringere con decisione per garantire un buon contatto termico con il rame dito freddo del criostato. </li></ol></li><li> Attaccare fili dai perni di chip che sono collegati ad entrambi gli elettrodi superiore e inferiore sul campione. Eseguire questi fili attraverso criostato al misuratore fonte. Nota: Il misuratore di origine applica una polarizzazione agli elettrodi del campione, esponendo i QD ad un campo elettrico esterno. </li><li> Evacuare e portare la camera criostato e di esempio per il vuoto. Avviare la pompa turbo, l&#39;evacuazione di circa 10 -6 Torr in preparazione per il raffreddamento del sampio. Nota: raffreddamento e controllo della temperatura per l&#39;esperimento avviene mediante il criostato che è composto di un frigorifero ciclo chiusa ed una camera del campione microscopia allegata. </li><li> Avviare il compressore del criostato. Lasciare criostato raffreddare il sistema fino al raggiungimento della temperatura desiderata. Nota: Per i risultati presentati la temperatura era di circa 18 K. Quando il campione viene raffreddato, l&#39;installazione è pronta per l&#39;installazione delle ottiche che permettano la misurazione ottica da adottare. </li></ol> Setup 2. Ottica Nota: Per tutti istituito procedure, eseguire il laser, metro fonte, spettrometro e CCD o utilizzando il software fornito dal produttore o altro programma personalizzato. <ol><li> Per la raccolta PL, posizionare una lunga distanza di lavoro 50X microscopio lente obiettivo e collimazione in linea con la lente che focalizza il segnale PL sul spettrometro. Raccogliere lo spettro attraverso un 0,75 millimetrionochromator dove il segnale viene dispersa da un 1.100 millimetri -1 reticolo e rilevato utilizzando azoto liquido raffreddato 1.340 x 100 pixel camera CCD. </li><li> Utilizzando una sorgente di luce bianca, illuminare il campione. <ol><li> Fuoco l&#39;immagine del campione attraverso una fotocamera esterna e lo spettrometro allineando correttamente i tutte le ottiche sul lato rilevamento (cioè, collimazione e focalizzazione lenti) e alla lunghezza d&#39;onda di zero ottenere un&#39;immagine pulita mirata del campione sul CCD spettrometro. Nota: E &#39;utile avere un&#39;altra fotocamera per immagini esterne per aiutare con l&#39;allineamento e ottenere un&#39;immagine nitida del campione. </li></ol></li><li> Dopo il lato rilevamento è impostato, focalizzare il laser sul campione. Mettere a fuoco il punto del fascio per la dimensione più piccola possibile sul campione utilizzando una lente. Utilizzare un diodo laser sintonizzabile con una gamma di eccitazione che contiene le energie di transizione stato fondamentale. Impostare l&#39;incidente laser per il campione ad un angolo obliquo. Un vantaggio di incidenza obliqua èche aiuta a sbarazzarsi di una grande parte della luce laser diffusa. </li><li> Eccitare il campione ad una più alta energia non risonante. In modo ottimale, farlo emozionante in una energia sotto lo strato bagnante. Per i QDMs InAs / GaAs in questo studio ciò corrisponde a 75 MeV o più al di sopra delle transizioni di stato a terra. </li><li> Eseguire il software di acquisizione dello spettro in modalità di messa a fuoco. Eseguire la scansione del campione attraverso il punto laser utilizzando una fase di traduzione XY che è attaccato al corpo del campione microscopio criostato. Fate questo fino a quando il CCD spettrometro cattura le linee discrete delle transizioni terra statali. Centro il rilevamento su una delle QDMs. Nota: Una volta che un QDM viene trovato, la configurazione ottica è stata completata. Per i campioni utilizzati le energie stato fondamentale sono circa 1.300 MeV. </li><li> Generare una mappa bias. <ol><li> Applicare un potenziale tramite il misuratore di origine (passo 1.5) collegato agli elettrodi sul campione; questo applica una polarizzazione di tutti gli elettrodi a sua volta genera un campo elettrico al QDMS. Nota: Il campo di polarizzazione applicata al campione è 0-2 V attraverso la struttura di diodo Schottky. Questo è quando il dispositivo è in polarizzazione inversa, e il campo elettrico limita la quantità di spese nella QDM consentendo ai singoli stati di carica per essere visibile. </li><li> Dai spettri individuale a differenti valori di tensione incrementati, a seconda della risoluzione desiderata questo varia normalmente da centesimi di millesimi di volt. Unire questi singoli spettri insieme utilizzando un programma personalizzato (ad esempio, LabView). Nota: Il programma può essere facilmente codificato utilizzando una vasta gamma di programmi diversi per combinare le colonne vettore dei singoli spettri in una matrice, nell&#39;esperimento presentato questo è stato aggiunto cucire insieme i dati in tempo reale. <ol><li> Fare clic sul pulsante Esegui per prendere una mappa bias. Questo richiede spettri ad una polarizzazione insieme e ne fanno un vettore colonna, poi aggiunge ogni spettri pregiudizi incrementato come un&#39;altra colonna. Nota: Questo genera un matri datix dove i valori di intensità corrispondono all&#39;intensità PL, righe rappresenta l&#39;energia / lunghezza d&#39;onda, e colonne corrispondono alla tensione. La mappa polarizzazione deve essere visibile mentre viene eseguito, permettendo così un feedback diretta sulla qualità dei dati. Nota: Una mappa pregiudizi aiuta a identificare diverse configurazioni di carica e fornisce le informazioni adeguate per completare la configurazione sia del eccitazione e di percorsi di rilevazione. </li></ol></li></ol></li><li> Identificare la transizione che sarà eccitato. Nota l&#39;energia della transizione e l&#39;intervallo di polarizzazione di interesse. <ol><li> A questo punto decidere come l&#39;eccitazione laser sarà sintonizzata attraverso la transizione. Ci sono tre diverse opzioni per ottenere il laser per eccitare nella transizione di stato fondamentale: <ol><li> Tune l&#39;energia di transizione dalla temperatura. 18 </li><li> Utilizzare lo spostamento Stark della transizione per ottenere risonanza con l&#39;energia laser. 19 Nota: Una bella caratteristica dei due metodi di cui sopra is che una sorgente laser sintonizzabile non è necessaria, in quanto le transizioni QDM sono sintonizzati attraverso una energia laser fissa. </li><li> In alternativa, utilizzare una sorgente laser sintonizzabile, passo le energie laser attraverso la transizione. Un segnale di rilevamento sarà presente quando il laser è risonante con la transizione, questo dà la misura la sua risoluzione spettrale limitata laser. Questo sarà il punto di riferimento per il resto del protocollo. </li></ol></li></ol></li><li> Con il passaggio identificato ed i parametri sperimentali impostato, selezionare entrambi energie di eccitazione e rilevamento per la misurazione. <ol><li> Scegliere l&#39;energia di eccitazione come quella di transizione. Scegliere il rilevamento come l&#39;energia del transitorio eccitato meno l&#39;energia della ottica (LO) fonone longitudinale associata con la lega semiconduttori. L&#39;utilizzo di questi valori, scegliere i filtri adeguati passa bordo per la misurazione; devono avere tagli in mezzo di eccitazione e rilevamento energie. Nota: Per la sperimRisultati ental presentati, la transizione guidato era neutro eccitone stato fondamentale mostrato in figura 3, osservato a 1,301.7 meV e -1 emissioni fononi LO si trova a 1.266 meV, corrispondente a 952.5 nm e 979,3 nm, rispettivamente. Abbiamo quindi utilizzato un filtro nm 960 passaggio corto per l&#39;eccitazione e un filtro passaggio lungo 960 nm per la rilevazione. filtri cut-off di interferenza sono ideali per questo scopo in quanto possono essere sintonizzate regolando l&#39;angolo. </li></ol></li><li> Impostare il laser per eccitare all&#39;energia di transizione di interesse, che avviene semplicemente inserendo il valore di lunghezza d&#39;onda del laser desiderato nel campo di impostazione corrispondente sul pannello frontale del software di controllo laser. </li><li> Impostare la lunghezza d&#39;onda centrale al valore predeterminato per monitorare il -1 LO emissione di fotoni inserendo il valore centrale lunghezza d&#39;onda desiderata nel campo di impostazione corrispondente sul pannello frontale del software di controllo dello spettrometro. Nota: La -1 LO emissione di fotoni per InAs / GaAs è approximately 36 meV sotto la transizione eccitone che sarà eccitato. </li><li> Utilizzando il software della fotocamera, avviare la raccolta con il CCD eseguendo il software di acquisizione dello spettro in modalità continua facendo clic sul pulsante modalità di messa a fuoco. Un segnale deve essere visibile o potrebbe essere ancora nascosto dalla dispersione laser. </li><li> Massimizzare il segnale. PUNTO CRITICO: Tune il filtro di passaggio corto di eccitazione, leggermente regolando il suo angolo in modo che abbia la giusta soglia di lunghezza d&#39;onda. Nota: L&#39;angolo ottimale viene stabilita monitorando il segnale mentre si regola l&#39;inclinazione del filtro passa breve. Cambiando l&#39;angolo del filtro questo cambia la lunghezza d&#39;onda di taglio. La chiave è assicurarsi che la luce laser per quanto possibile viene soppressa dalla raccolta. </li></ol> Configurazione di misura 3. Quasi-risonanza <ol><li> Impostare i parametri sperimentali sui controlli del computer utilizzando schermata principale del software personalizzato. Per fare ciò, avviare il programma di raccolta e fare clic su The Passo polarizzazione, Temp, o scheda WL. Questo imposta tutti i valori sperimentali e una volta run, raccoglie i dati attraverso i vari parametri. Nota: Per i dati del nostro esperimento prendendo tutti i controlli computer sono stati personalizzati programmati. La chiave è di avere un software o programmare in grado di impostare la lunghezza d&#39;onda centrale dello spettrometro, controllare il misuratore CCD e la sorgente, e passo l&#39;energia laser attraverso la transizione raccogliendo una serie di spettri a diverse polarizzazioni. <ol><li> Inserire l&#39;intervallo di energia del laser stabilito che il laser esegue la scansione attraverso: da circa 50 μeV sopra l&#39;energia eccitone di transizione neutra di 1,301.7 meV, a 50 μeV sotto. Impostare la lunghezza d&#39;onda iniziale per avviare la scansione utilizzando il &quot;WL (nm) desiderato&quot; campo. Impostare l&#39;intervallo fine del laser per la scansione su ( &quot;Unità dell&#39;estremità del motore&quot;). </li><li> Impostare l&#39;intervallo di pregiudizio che il misuratore fonte esegue la scansione attraverso facendo clic sulla scheda &quot;Impostazioni di tensione&quot;. Impostare la partenza pregiudizi value ( &quot;tensione di avvio (V)&quot;), il valore finale polarizzazione &quot;Tensione End (V)&quot; e il bias ampiezza del passo &quot;Tensione Step (V)&quot;. Qui, la gamma di pregiudizi digitalizzata era 1,68-1,82 V. </li><li> Ingresso tempo l&#39;integrazione scelto facendo clic sulla scheda &quot;Impostazioni fotocamera&quot;. Impostare il tempo di integrazione per il CCD in &quot;esposizione (s)&quot; (Fare riferimento al punto 3.3). Selezionare un tempo di integrazione ragionevole per il CCD. Esperimento con il tempo di integrazione per ottenere un buon segnale. Maggiore è il tempo di integrazione del segnale migliore media che è ottenibile. 20 Nota: i tempi di integrazione utilizzati per l&#39;esperimento erano 10 sec. Ma, tempi di integrazione possono essere a partire da 0,5 sec, a seconda della forza del segnale PL. A volte non è nemmeno necessario vedere il segnale in singole scansioni, quando cucitura spettri insieme la somma dei dati più la capacità dell&#39;occhio di interpolare rivelerà le transizioni nella mappa fotoluminescenza eccitazione (PLE). </li&gt; </ol></li></ol> 4. Acquisizione dati <ol><li> Una volta che i parametri sperimentali sono stabiliti iniziare l&#39;esperimento. Inizia la raccolta facendo clic sul pulsante Esegui. Nota: Ad ogni energia laser del software varia la polarizzazione prendendo uno spettro e spettro di sfondo. Questo viene fatto per ogni passo polarizzazione. Poi l&#39;energia laser è vario e il processo continua fino a quando l&#39;intera gamma scelto è completa. </li><li> Post-elaborare i dati. <ol><li> Prendere le scansioni in background aggiuntivi che vengono prese alla fine di ogni mappa polarizzazione e sottrarre la media da ciascuna delle colonne di polarizzazione. Utilizzare un programma di sottrazione del fondo, o scrivere un programma che prende le colonne di sfondo, li medie insieme e sottrarre questo media sfondo spettri da ogni colonna pregiudizi nella matrice di dati. Nota: Vedere file di codice supplementare per il programma utilizzato nel nostro laboratorio. Nota: Questo rimuove altri segnali spuri causati da qualsiasi luce laser dispersa rimanente, molto imdimostrando la mappa bias. </li></ol></li><li> Analizzare i dati. <ol><li> Ad esempio, per estrarre i parametri caratteristici della riga spettrale utilizzano un software di adattamento matematica per eseguire una Lorentzian sagomata ad ogni fetta di polarizzazione della mappa PL. 21 Una volta che la procedura di montaggio è stato completato tutte le informazioni saranno nei coefficienti di tale raccordo l&#39;intensità massima, la posizione spettrale e FWHM. </li></ol></li></ol>

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</ol>

Gli autori non hanno nulla da rivelare.

Le istruzioni di cui sopra dimostrano il metodo della spettroscopia di quasi-risonanza assistita da fononi. Passando a uno stato discreto QD, è possibile monitorare la linea di emissione dei fononi, raggiungendo alte risoluzioni. Nell'esempio fornito, utilizzando i fononi è anche possibile risolvere la larghezza di linea limitata nel tempo di vita dell'eccitone neutro visibile negli esperimenti. Il metodo è facile da incorporare nelle configurazioni di spettroscopia PL esistenti. Come accennato, una volta che l'energia d...

Ad alta risoluzione è la chiave per sbloccare nuove conoscenze. Con questa conoscenza, le nuove tecnologie possono essere sviluppate come i sensori migliori, strumenti di produzione più precisi e dispositivi di calcolo più efficienti. Generazione di questa chiave, tuttavia, spesso viene ad un costo elevato di risorse, tempo o entrambi. Questo problema è onnipresente in tutte le scale dalla fisica atomica per risolvere le degenerazioni alzato di elettrone gira all&#39;astronomia dove un piccolo spostamento spettrale può portare alla individuazione di pianeti accanto a stelle lontane. 1,2,3 L&#39;obiettivo di questo lavoro è di utilizzare una configurazione standard di spettrometro e mostrando come può risolvere caratteristiche spettrali di sotto del suo limite di risoluzione, soprattutto per quanto riguarda il campo dell&#39;ottica semiconduttori. L&#39;esempio presentato è quello di anisotropo elettrone-lacuna (eh) splitting scambio in InAs / GaAs punti quantici (QD), che è dell&#39;ordine di pochi μeV. 4 Il limite di risoluzione dello spettrometro cun essere superato mediante la combinazione di tecniche standard PL e spettroscopia laser. Questo metodo di quasi-risonanza di fluorescenza ha il vantaggio di conseguire risoluzione limitata laser utilizzando uno spettrometro monostadio comune. Un sistema di spettroscopia ottica standard per singola spettroscopia QD PL è costituito da un singolo stadio 0,3-0,75 m monocromatore e una carica coupled device (CCD) rilevatore insieme con una sorgente laser di eccitazione e ottica. Tale sistema è al massimo grado di risolvere 50 μeV nello spettro vicino infrarosso circa 950 nm. Anche con l&#39;impiego di tecniche statistiche e deconvoluzione, una tale configurazione singola monocromatore non è in grado di risolvere meno di 20 μeV in misure di PL. 5 Questa risoluzione può essere migliorata usando uno spettrometro tripla, in modalità tripla additivo, quando lo spettro è successivamente disperso dalle tre griglie. Lo spettrometro tripla ha il vantaggio di una maggiore risoluzione, in grado di risolverecirca 10 μeV. In una configurazione alternativa, modalità sottrattiva triple, i primi due reticoli comportano come un filtro passa banda, dando la caratteristica di essere in grado di separare l&#39;eccitazione e rilevamento di meno di 0,5 MeV. Lo svantaggio dello spettrometro tripla è che si tratta di un sistema costoso. Prima di presentare il metodo di interesse, abbiamo brevemente discutere altri approcci sperimentali che, con la complessità, raggiungono una migliore risoluzione spettrale e sono in grado di risolvere la struttura fine dei singoli QD. Elementi di questi metodi sono rilevanti per il metodo presentato. Uno di questi metodi è l&#39;aggiunta di un interferometro di Fabry-Perot (FPI) nel percorso rilevamento di una singola configurazione spettrometro. 6 Usando questo metodo la risoluzione è impostata dalla finezza del FPI. Così, la risoluzione del spettrometro è migliorato per 1 μeV, a costo di complessità e l&#39;intensità del segnale. 7 Il metodo interferometro cambia anche il operati generalesu spettrometro con la camera CCD, diventando effettivamente un rivelatore singolo punto, e la sintonizzazione mediante varie energie si ottiene regolando la cavità FPI stesso. Resonance spettroscopia di fluorescenza (RF), un altro metodo in cui una singola transizione ottica è sia eccitato e monitorato anche offre la promessa di spettroscopia ad alta risoluzione. La risoluzione spettrale è limitato solo dalla larghezza di riga laser e mantiene il CCD come rivelatore multicanale, in cui non solo sensore rileva il segnale ma un numero di pixel del CCD. Questo rilevamento multicanale è vantaggiosa in termini di media del segnale. La sfida in spettroscopia RF è separare il segnale PL dal più grande sfondo della luce laser diffusa, soprattutto quando si misura a livello QD singolo. Un certo numero di tecniche possono essere utilizzate per ridurre il rapporto del segnale di luce laser diffusa, che coinvolgono sia la polarizzazione 8, 9 spaziale o temporale separazione 10dell&#39;eccitazione e rilevamento. La prima è quella di utilizzare polarizzatori elevati estinzione per sopprimere la luce diffusa, ma questo metodo ha esito di perdere informazioni polarizzazione dal PL. 8 Un altro metodo possibile per ottenere la risonanza di fluorescenza è di progettare sistemi di semiconduttori che sono accoppiati alla cavità ottiche dove percorsi di eccitazione e rilevamento sono spazialmente separate. Ciò elimina il problema di dover risolvere il segnale di PL dal grande sfondo laser. Tuttavia, questo metodo è limitato alla fabbricazione di esempio intricato che è in risorsa generale intensiva. 9 Un&#39;altra classe di metodi che è anche in grado di risolvere differenze di energia minuto è quello di spettroscopia laser pura, come la trasmissione differenziale, che ha il vantaggio di ottenere risoluzione laser limitate informazioni complete polarizzazione. Questo metodo richiede tipicamente lock-in di rilevamento per osservare i cambiamenti minuscoli in transsegnale di missione rispetto a quella della grande sfondo laser. 11 Ultimamente, i progressi nella nanofabbricazione hanno portato a un aumento della frazione di luce laser che interagisce con il QD (s) a valori fino al 20%, sia usando index-matched solido lenti immersione o incorporare i punti di guide d&#39;onda a cristallo fotonico. 12 Anche se questi metodi sono in grado di raggiungere elevata risoluzione energetica, vengono a costo di costose attrezzature, fabbricazione campione complesso e la perdita di informazioni. Il metodo in questo lavoro combina elementi provenienti da questi tre metodi senza aggiungere complessità nella strumentazione o la fabbricazione di esempio per un normale configurazione PL. Studi recenti hanno dimostrato che con un sistema spettrometro tripla in modo sottrattivo, è possibile visualizzare la struttura fine singoletto-tripletto nello spettro di transizione due fotoni di una molecola quantum dot (QDM). 13 La scissione energia coinvolta sull&#39;ordinedi un paio di decine di μeV sono stati risolti utilizzando una modalità sottrattiva tripla, che ha permesso di eccitare le transizioni risonante e rilevare in meno di un MeV. L&#39;informazione spettrale è stato estratto attraverso il monitoraggio di sotto della transizione utilizzando fononi acustici e altre transizioni eccitoni basso-mentendo. Questo metodo può essere applicato anche per risolvere il anisotropo eh splitting scambio e anche la larghezza di riga durata limitata della transizione eccitone 8 μeV e 4 μeV, rispettivamente, come si vede in figura 1. Simile a questo risultato, questo documento si focalizzerà su un semplice installazione spettrometro che incorporerà molti dei vantaggi che altri metodi ad alta risoluzione possiedono. Inoltre il CCD rimarrà come rivelatore multicanale. L&#39;apparato sperimentale può anche essere mantenuto relativamente piuttosto economico ad altri metodi di spettroscopia ad alta risoluzione e ha il vantaggio di essere facilmente modificato per ottenere misurazioni unico punto di correlazione. A differenza del risultato using fononi acustici e uno spettrometro tripla, la chiave sottostante è di utilizzare il satellite LO-fonone associato ai semiconduttori e loro leghe che compongono campioni semiconduttori. La separazione energia tra satellite LO-fonone e la linea di zero-fonone (ZPL) è dell&#39;ordine di decine di MeV per tali campioni, permettendo l&#39;uso di uno spettrometro a singolo stadio. 14 Questa separazione energia permette l&#39;uso del quasi proposto metodo della spettroscopia -resonance da risonante guidando una transizione e monitoraggio sotto l&#39;eccitazione da una energia pari ad un fonone lO. Questa tecnica è analoga a quella di PL eccitazione dove si eccita in una transizione eccitato e controlla la transizione stato fondamentale. 15 La separazione tra la transizione viene eccitato e quella del satellite LO-fonone consente l&#39;uso di filtri passa bordo di sopprimere la elasticamente luce diffusa. Questo metodo per utilizzare il satellite fonone consente di larghezza di riga laser risoluzione limitata, Poiché risonante eccitante la transizione è tipicamente l&#39;unica volta che l&#39;emissione LO-fonone satellite diventa visibile.

<table><tbody><tr><td>Laser a diodi sintonizzabili DL pro</td><td>Toptica Photonics</td><td>DL Pro</td><td></td></tr><tr><td>Sistema di frigorifero senza criogeni a ciclo chiuso per microscopia</td><td>Cryo Industries of America Inc.</td><td>Cryocool G2</td><td></td></tr><tr><td>Sourcemeter</td><td>Keithley&nbsp;</td><td>2611a</td><td></td></tr><tr><td>50X Mitutoyo Plan Apo NIR Obiettivo corretto all'infinito</td><td>Mitutoyo America Corporation</td><td>378-825-5</td><td></td></tr><tr><td>Pompa turbo</td><td>Pfeiffer Vacuum</td><td>HiPace 80</td><td></td></tr><tr><td>NIR rivestito Specchi</td><td>Polarizzatori Thor labs</td><td>BB1-E03</td><td></td></tr><tr><td></td><td>Thorlabs</td><td>LPNIR050-MP</td><td></td></tr><tr><td>200&nbsp; Lente acromatica con rivestimento AR mm&nbsp;</td><td>Thorlabs</td><td>AC254-200-B-ML</td><td></td></tr><tr><td>100&nbsp; Lente acromatica con rivestimento AR mm&nbsp;</td><td>Thorlabs</td><td>AC254-100-B-ML</td><td></td></tr><tr><td>960 Filtro passa lungo</td><td>Thorlabs</td><td>960aelp</td><td></td></tr><tr><td>960 Filtro passa corto</td><td>Thorlabs</td><td>960aesp</td><td></td></tr><tr><td>Rallentatore variabile a cristalli liquidi</td><td>Meadowlark Optics</td><td>LVR-100</td><td></td></tr><tr><td>0.75&nbsp; m Spettrometro Acton SpectraPro</td><td>Princeton Instruments</td><td>Trivista</td><td></td></tr><tr><td>Fotocamera raffreddata ad azoto liquido&nbsp;</td><td>Princeton Instruments</td><td>7508-0002</td><td></td></tr><tr><td>Telecamera esterna</td><td>Watec</td><td>Wat-902H Ultimate</td><td>Optional</td></tr><tr><td>Ostoalloy</td><td>Lake Shore Cryotronics</td><td>Ostalloy 158</td><td></td></tr><tr><td>Filo d'oro (calibro 40)</td> <td>Surepure Chemetals</td><td>Au-Wire-03-02</td><td></td></tr><tr><td>Silver Epoxy</td><td>A.I. Technology</td><td>Prima-Solder EG8020</td><td></td></tr><tr><td>Software di programma&nbsp;</td><td>National Instruments&nbsp;</td><td>LabView</td><td></td></tr></tbody></table>

alta risoluzione phonon-assisted quasi-risonanza spettroscopia di fluorescenza

High Resolution Phonon-assisted Quasi-resonance Fluorescence Spectroscopy

metodi di spettroscopia ottica ad alta risoluzione sono esigenti in termini di tecnologia sia, attrezzature, la complessità, il tempo o una combinazione di questi. Qui mostriamo un metodo di spettroscopia ottica che è in grado di risolvere le caratteristiche spettrali al di là della struttura fine di spin e linewidth omogeneo di singoli punti quantici (QD) utilizzando uno standard, l&#39;installazione spettrometro di facile da usare. Questo metodo incorpora sia laser e spettroscopia di fotoluminescenza, combinando il vantaggio della linea laser larghezza limitata risoluzione con rilevazione fotoluminescenza multicanale. Tale sistema consente una notevole miglioramento della risoluzione su quella di uno spettrometro comune monostadio. Il metodo utilizza fononi per aiutare nella misurazione della fotoluminescenza di un singolo punto quantico dopo l&#39;eccitazione di risonanza della sua transizione stato fondamentale. differenza di energia del fonone permette di separare e filtrare la luce laser eccitare il quantum dot. Una vantaggiosa feature di questo metodo è la sua integrazione dritto in avanti nel setup spettroscopia standard, che sono accessibili per molti ricercatori.

I risultati presentati nelle figure mostrano le capacità di alta qualità di utilizzo fononi per aiutare nella misurazione PL. Lo schema elettrico (Figura 2) mostra che, ad eccezione dei filtri passa bordo su entrambe eccitazione e rilevamento, la configurazione sperimentale rimane una configurazione spettroscopia standard, con l&#39;aggiunta opzionale di controllo della polarizzazione. Il confronto con un singolo e triple spettrometro (fig. 3) ritrae gra...

Il manoscritto descrive un metodo di spettroscopia di fluorescenza quasi risonante assistita da fononi che incorpora sia la spettroscopia a risoluzione limitata dal laser che la spettroscopia di fotoluminescenza (PL). Questo metodo utilizza fononi ottici per fornire spettri di risoluzione a larghezza limitata di linee di strutture semiconduttrici simili ad atomi nel dominio dell'energia. Il metodo è anche facilmente realizzabile con una configurazione di spettroscopia ottica a spettrometro singolo.

Alta Risoluzione Phonon-assisted Quasi-risonanza spettroscopia di fluorescenza

High resolution optical spectroscopy methods are demanding in terms of either technology, equipment, complexity, time or a combination of these. Here we ...

L'obiettivo generale della spettroscopia di fluorescenza quasi-risonante assistita da fononi è ottenere una risoluzione limitata dalla larghezza della riga laser degli spettri ottici di strutture semiconduttrici di tipo atomico, utilizzando un comune apparato di spettroscopia fotoluminescente. Questo metodo facilita lo studio nella spettroscopia ottica dei semiconduttori relativo a sistemi a dimensione zero, come punti quantici, centri azoto-vacanza nel diamante e difetti nel carburo di silicio. Il principale vantaggio di questa tecnica consiste nella capacità di ottenere spettri ottici ad alta risoluzione di caratteristiche energetiche inferiori a 10 micro-elettronvolt, mantenendo al contempo l'informazione sulla polarizzazione.Le implicazioni di questa tecnica ampliano la potenza della spettroscopia ottica grazie alla sua capacità di ottenere spettri ottici ad alta risoluzione. I principianti nel metodo avranno difficoltà a individuare il segnale. L'ostacolo maggiore consiste nell'utilizzare un singolo spettrometro e un filtro di estinzione per eliminare la luce laser parassita.Iniziare con il materiale o il dispositivo che verrà utilizzato nell'esperimento. Questo dispositivo ha molecole di punti quantici montate su un chip. Una panoramica delle molecole di punti quantici è fornita in questo schema.Sono presenti due strati di punti quantici di arseniuro di indio incorporati tra gli strati di arseniuro di gallio. Ciascun punto quantico può essere indirizzato otticamente. Le molecole di punti quantici si trovano nella regione intrinseca di un diodo Schottky, consentendo l'applicazione di un campo elettrico.Il primo passo consiste nel montare il dispositivo sul dito freddo del criostato per il raffreddamento. Prima di montare il chip sul dito freddo, applicare una pellicola di indio sulla quale posizionare il chip. Successivamente, posizionare il chip sulla pellicola.Utilizzare viti e rondelle a ciascuna estremità del dispositivo per fissarlo saldamente al dito freddo e garantire un buon contatto termico. Proseguire collegando i fili elettrodi del dispositivo ai contatti nel criostato che si connettono a un misuratore di sorgente. Ora montare il criostato su una piattaforma di traslazione XYZ e rendere il campione accessibile alle sonde ottiche.In questo caso, la fase di traduzione si trova già nel percorso ottico dell'esperimento. Evacuare il criostato prima di raffreddarlo alla temperatura desiderata. Una volta che il campione si è raffreddato, iniziare a lavorare con gli elementi ottici.Per la fotoluminescenza, utilizzare un obiettivo con lunga distanza di lavoro e una lente di collimazione posizionati per raccogliere la luce dal campione. Successivamente, utilizzare specchi per indirizzare la luce su uno spettrometro a singolo stadio. Impiegare una camera CCD raffreddata a azoto per rilevare gli spettri.In questo esperimento, utilizziamo l'ultima fase di uno spettrometro triplo. A scopo di allineamento, montare una sorgente di luce bianca vicino al campione. Illuminare il campione con la sorgente prima di procedere.Utilizzare una telecamera separata per acquisire l'immagine del campione nello spettrometro. Sul banco di lavoro, regolare correttamente le lenti collimanti e focalizzanti per rendere più nitida l'immagine del campione. Concludere le operazioni di allineamento solo quando nell'immagine della telecamera appare un'immagine pulita e ben messa a fuoco.Dopo aver rimosso la sorgente luminosa, preparare un laser per eccitare il campione. Utilizzare un laser a diodo accordabile impostato su un'energia superiore alle transizioni dello stato fondamentale. Indirizzare il laser sul campione con un angolo obliquo per ridurre la luce diffusa rilevata.Utilizzare una lente per focalizzare il fascio nel punto più piccolo possibile sulla regione catturata dalla telecamera. Una panoramica dell'allestimento a questo punto è mostrata in questo schema. Si noti l'angolo obliquo della luce laser sul campione, finalizzato alla riduzione del rumore.Utilizzare il laser per eccitare un livello energetico superiore e non risonante ed eseguire il software di acquisizione dello spettro in modalità messa a fuoco per osservare il segnale. Utilizzare lo stage di traslazione del supporto del campione per scansionare il campione attraverso il punto focale del laser. Quando il CCD cattura le righe distinte delle transizioni dello stato fondamentale, arrestare la scansione.Concentrarsi su una singola molecola di punto quantico e ottimizzare il segnale regolando con precisione la posizione del fascio laser. Il passo successivo consiste nel generare una mappa del Bias utilizzando il software di controllo lap. Il software applica innanzitutto un potenziale di Bias tra gli elettrodi del campione mediante un source meter.Registra quindi lo spettro associato a quel valore di Bias. La mappa viene generata aumentando il potenziale di Bias a intervalli regolari, registrando lo spettro energetico per ogni valore di Bias e utilizzando i dati per produrre questa rappresentazione. Data una mappa di Bias, identificare la transizione che verrà eccitata.Osservare l'energia di transizione e l'intervallo di polarizzazione di interesse. In questo grafico, la transizione viene esplorata variando la temperatura del campione. Un segnale di rilevamento sarà presente quando il laser è in risonanza con la transizione.Utilizzare la transizione scelta per determinare i filtri spettrali per l'allestimento ottico. L'energia di transizione giustifica un filtro passa-basso a 960 nanometri per il ramo di eccitazione. Un'energia di emissione di fonone ottico longitudinale per la lega semiconduttrice giustifica un filtro passa-alto a 960 nanometri per il ramo di rilevamento.Il tipo di filtro nell'allestimento può semplificare i passaggi successivi. I filtri interferenziali a taglio sono ideali perché possono essere regolati modificando l'angolo. Sul computer, impostare l'energia di eccitazione del laser e la frequenza centrale del fonone ottico longitudinale meno uno.Avviare il CCD, raccogliendo spettri in modalità continua. A questo punto, il segnale potrebbe essere nascosto dalla diffusione. Per massimizzare il segnale, tornare al banco.Lì, regolare il filtro passa-basso modificandone l'angolo in modo da ottenere il taglio alla lunghezza d'onda corretta. Monitorare il segnale per ottenere un riscontro e determinare l'angolo migliore. Nel software di controllo del laboratorio, impostare l'energia del laser in modo da eseguire una scansione in un intervallo centrato sull'energia di transizione e impostare l'intervallo delle tensioni di polarizzazione da scansionare.Questa mappa di polarizzazione è stata creata impostando l'energia del laser e variando la polarizzazione lungo il suo intervallo per acquisire uno spettro, ripetendo quindi questa procedura lungo l'intero intervallo di energie laser. Raccogliendo contemporaneamente i dati sullo sfondo, i due insiemi di dati possono essere utilizzati durante l'elaborazione successiva per rimuovere segnali spurii e creare un'immagine migliorata. Come mostrato in questi schemi, l'allestimento sperimentale per il metodo di spettroscopia assistita da fononi è quasi identico a quello della spettroscopia standard.L'unica differenza è la presenza di filtri periferici in entrambi i percorsi del fascio, per la rilevazione e per l'eccitazione, nel metodo assistito da fononi. Per confrontare questa tecnica con altre, si consideri la risoluzione di un eccitone neutro. Questi dati provengono da un singolo spettrometro con eccitazione non residente intorno a 918 nanometri.La risoluzione spettrale è di circa 26 micro-elettronvolt per pixel e la separazione per scambio elettrone-lacuna non può essere risolta. Quando la stessa regione spettrale viene analizzata con uno spettrometro in modalità tripla additiva, la risoluzione è di circa 10 micro-elettronvolt. La separazione tra elettrone e lacuna inizia a essere risolta.Utilizzando il metodo di spettroscopia assistita da fononi quasi-risonanti nella stessa regione spettrale, la risoluzione è limitata dal laser, fornendo una risoluzione migliore di un micro-elettronvolt, e le due picchi sono ben risolti. La curva rossa è il risultato di un adattamento con doppia funzione di Lorentz. Suggerisce una separazione isotropa per lo scambio elettrone-lacuna di circa 23,3 micro-elettronvolt.Una volta padroneggiata, questa tecnica può essere eseguita in un paio d'ore. Nel tentativo di eseguire questa procedura, è importante ricordare che, dopo aver ottenuto il segnale di fotoluminescenza, la chiave per ottenere uno spettro di qualità consiste nella capacità di separare il laser dalla fotoluminescenza. Dopo aver seguito questa procedura, è possibile apportare altre modifiche all'allestimento, come l'aggiunta di analizzatori di polarizzazione sia al percorso di eccitazione che a quello di rilevamento.Dopo il suo sviluppo, questa tecnica ha aperto la strada ai ricercatori nel campo della Fisica dei Semiconduttori per esplorare ulteriormente i sistemi a dimensione zero, come i punti quantici. Dopo aver visto questo video, dovresti avere una comprensione molto chiara di come utilizzare il metodo di Spettroscopia di Fluorescenza Quasi-risonante Assistita da Fononi per ottenere spettri ottici ad altissima risoluzione di sistemi allo stato solido di tipo atomico. Non dimenticare che lavorare con i laser può essere estremamente pericoloso e che è necessario indossare sempre dispositivi di protezione adeguati durante la conduzione di questi esperimenti.

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