この原稿は、レーザー制限分解能とフォトルミネッセンス(PL)分光法の両方を組み込んだフォノンアシスト準共鳴蛍光分光法の方法を説明しています。この方法は、光フォノンを利用して、エネルギー領域の原子様半導体構造の線幅制限された分解能スペクトルを提供します。この方法は、単一の分光計光学分光法のセットアップでも簡単に実現できます。
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この記事について
サマリー
要約
高解像度光学分光法は、技術、設備、複雑さ、時間、またはこれらの組み合わせのいずれかの点で要求しています。ここでは、簡単に使用できる分光器のセットアップ、標準を用いたスピン微細構造と単一量子ドット（QD）の均一な線幅のそれを超えてスペクトルの特徴を解決することのできる光学分光法を実証します。この方法は、マルチチャンネルフォトルミネセンス検出をレーザ線幅の制限された解像度の利点を組み合わせて、レーザ及び光ルミネセンス分光法の両方を組み込んでいます。このような方式は、一般的なシングルステージ分光計のものより解像度のかなりの改善を可能にします。この方法は、その基底状態遷移の共鳴励起の後に単一の量子ドットのフォトルミネッセンスの測定を支援するためにフォノンを利用します。フォノンのエネルギー差は1つが分離し、エキサイティングな量子ドットをレーザー光をフィルタリングすることができます。有利FEこの方法のatureは、大部分の研究者にアクセス可能である標準的な分光法のセットアップ、中にそのまっすぐ進む統合です。
概要
高解像度は新しい知識のロックを解除するための鍵です。この知識を用いて、新しい技術は、より良いセンサ、より正確な製造ツール、およびより効率的な計算装置として開発することができます。このキーの生成、しかし、多くの場合、時間または両方、資源の高コストがかかります。この問題は、電子の持ち上げ縮重が小さいスペクトルシフトは、次の遠くの星に惑星の検出につながることができます天文学にスピン解決の原子物理学からすべてのスケール全体で遍在である。1,2,3
この作品の焦点は、標準的な分光器のセットアップを使用して、それは特に半導体光学の分野に関しては、その解像限界以下のスペクトルの特徴を解決できる方法を示す上です。示す例では、いくつかのμeVのオーダーであるのInAs / GaAs量子ドット（QD）における異方性電子-正孔（EH）交換分裂のことである。4分析計Cの解像限界標準PLレーザ分光法技術を組み合わせることによって克服されます。準共鳴蛍光のこの方法は、一般的単一ステージ分光計を用いたレーザー限られた解像度を達成するという利点を有します。
単一量子ドットのPLスペクトル分析のための標準的な光学分光システムは、単一段階0.3から0.75メートルモノクロメータと励起用レーザ光源と光学素子と一緒にデバイス（CCD）検出器、電荷結合から成ります。このようなシステムは、最高の950ナノメートル付近の近....
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プロトコル
注：他のソフトウェアパッケージを用いてもよいが、説明した方法は、特定のソフトウェアに固有です。
1.試料の調製とクールダウン
- サンプルを製作。
- 前述のように4 nmのトンネルバリアによって分離された2つの垂直に積み重ねられた自己組織化のInAs / GaAsの量子ドットを作成する分子線エピタキシー介しStranski-Krastanovモード法を用いて、試料を成長。16埋め込 み量子ドットの電界効果型構造に（ すなわち 、ショットキーダイオード）QDMsに印加される電界が可能になる。17
注：QDMsの使用は法の要件ではありません。半導体のInAs / GaAsを必要としない。また、技術は任意の半導体の組み合わせから作られたQDMsまたは量子ドットのために動作します。 - 個々の量子ドットの光学的にアドレス指定することができるように、サンプルを作製。サンプルまたはメートルの上部に開口マスクを追加することのいずれかによってこれを行います焦点サイズに応じて10 8のQD / cm 2以下の低濃度試料をaking。18
- 前述のように4 nmのトンネルバリアによって分離された2つの垂直に積み重ねられた自己組織化のInAs / GaAsの量子ドットを作成する分子線エピタキシー介しStranski-Krastanovモード法を用いて、試料を成長。16埋め込 み量子ドットの電界効果型構造に（ すなわち 、ショットキーダイオード）QDMsに印加される電界が可能になる。17
- チップヘッダーにサンプルをマウントします。
- 50％のビスマス、26.7％の鉛、13.3％のスズ、およびセラミック・チッ....
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結果
図面に示された結果は、PL測定を支援するためにフォノンを用いて高解像度の能力を示します。概略図（ 図2）は 、励起と検出の両方のエッジパスフィルタを除いて、実験は、偏光制御を任意に添加して、標準的な分光法の設定のままであることを示しています。シングル、トリプル分光器（ 図3）との比較は、解像度にフォノン支援法の大幅な改善を描いています。異方性えっ分割は明確に分割（ 図4）の正確な測定を可能に表示されます。この方法はまた、一つの簡単QD遷移（ 図5）の寿命が制限された線幅測定を行うことを可能にします。ローレンツ関数でピークをフィッティングすることで、データの分析を完了し、フィットから外挿することが分割と完全の両方を抽出することができます幅の半分の最大値。また、この擬似共振技術は0.5 meVで内遷移を監視するためにトリプル減法モードにおける三重分光計（ 図1）を用いて配合することができます。
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ディスカッション
上記の手順は、フォノン支援準共鳴分光法を示しています。QD離散状態に励起することで、フォノン輝線を監視し、高分解能を実現できます。提供された例では、フォノンを使用することにより、実験で見える中性励起子の寿命制限線幅を解決することさえ可能です。この方法は、既存のPL分光法セットアップに簡単に組み込むことができます。前述のように、目的の遷移線のエネルギーが非共鳴分光法によって特定されると、分光器の中心波長は、その遷移より-1LOフォノン下に設定することによって確立されます。このエネルギー差は、励起経路と検出経路にそれぞれショートパスフィルターとロングパスフィルターを使用して測定を行うために使用されます。フィルターは、励起エネルギーと検出エネルギーの両方が比較的近接しているため、分光計に到達する可能性のあるレーザー光のサイドモードを抑制するために必要です。この迷走レーザー光の低減こそが、検出信号を最大化する重要な要素です。
遷移エネルギーを介してレーザーを調整することにより、-1フォノン衛星は、レーザーが所望の遷移と正確に共鳴しているときに放射します。これは、-1 LOフォノンが高次の.......
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開示事項
著者らは、開示することは何もありません。
謝辞
著者は、研究されたサンプルを提供するための海軍研究所でアランBrackerとダニエルギャモンを承認したいと思います。この作品は、カリフォルニア大学マーセド校に、国防脅威削減局、基礎研究賞＃HDTRA1-15-1-0011によって（部分的に）サポートされていました。
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材料
| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| チューナブルダイオードレーザー DL pro | Toptica Photonics | DL Pro | |
| 顕微鏡用クローズドサイクル無冷媒冷凍機システム | Cryo Industries of America Inc. | Cryocool G2 | |
| ソースメータ | ケースレー | 2611a | |
| 50X ミツトヨ プラン アポ NIR 無限補正対物レンズ | ミツトヨ アメリカ コーポレーション | 378-825-5 | |
| ターボ ポンプ | ファイファー バキューム | ハイペース 80 | |
| NIR コーティング ミラー | Thor labs | BB1-E03 | |
| 偏光子 | ソーラブ | LPNIR050-MP | |
| 200 mm ARコーティングアクロマティックレンズ | ソーラブ | AC254-200-B-ML | |
| 100 mm ARコーティングアクロマティックレンズ | Thorlabs | AC254-100-B-ML | |
| 960 ロングパスフィルター | Thorlabs | 960aelp | |
| 960 ショートパスフィルター | Thorlabs | 960aesp | |
| 液晶可変遅延装置 | Meadowlark Optics | LVR-100 | |
| 0.75 m 分光計 Acton SpectraPro | Princeton Instruments | Trivista | |
| 液体窒素冷却カメラ | プリンストンインスツルメンツ | 7508-0002 | |
| 外部カメラ | Watec | -902H究極の | オプションの |
| オストアロイ | 湖岸クライオトロニクス | オスタロイ158 | |
| 金線(40ゲージ) | SurepureChemetals | Au-Wire-03-02 | |
| 銀エポキシ | AI技術 | プリマはんだEG8020 | |
| プログラムソフトウェア | ナショナルインスツルメンツ | LabViewの |
参考文献
- Germanis, S., et al. Piezoelectric InAs/GaAs quantum dots with reduced fine-structure splitting for the generation of entangled photons. Phys. Rev. B. 86, 1-4 (2012).
- Valenti, J. A., Fischer, D. A.
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再版と許可
