Name: 높은 해상도 포논 도움을 준 공명 형광 분광학 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-06-28T13:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 40 s
Description: 학습하세요 포논 도움 공명 형광 분광학을 이용하여 양자점과 같은 반도체 구조의 레이저 선폭 한계 고해상도 광학 스펙트럼을 획득하는 방법을. 표준 장비로 1마이크로전자볼트 이하의 에너지 특성을 분석할 수 있습니다.

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저자는 샘플이 연구되고 제공하기 위해 해군 연구소에서 앨런 BRACKER 다니엘 훈제 햄을 인정하고 싶습니다. 이 작품은 캘리포니아 머 시드 대학에 국방 위협 감소 기관, 기초 연구 상 # HDTRA1-15-1-0011에 의해 (부분적으로) 지원되었다.

참고 : 다른 소프트웨어 패키지 대신에 사용될 수 있지만 설명하는 방법은, 특정 소프트웨어에 따라 다릅니다. 1. 샘플 준비 및 쿨 다운 <ol><li> 샘플을 제조. <ol><li> 전술 한 바와 같이 4 내지 터널 장벽에 의해 분리되는 두 개의 수직으로 적층 된 자기 조립의 InAs / GaAs로 양자점을 생성 분자선 통해 Stranski-Krastanov 성장 법을 이용하여 샘플을 성장한다. 16 퍼가 양자점을 전계 효과 형 구조 (즉, 쇼트 키 다이오드) 전계 허용은 QDMs에 적용된다. 17 참고 QDMs의 사용 방법에 대한 요구 사항이 아니다. 또한,의 InAs / 갈륨 비소가 필요하지 않습니다 반도체는 기술은 반도체 조합에서 만든 QDMs 또는 양자점을 위해 작동합니다. </li><li> 개별 양자점 광학적으로 어드레싱 될 수 있도록 시료를 제작. 어느 샘플 또는 m의 상단에 개구 마스크를 추가함으로써이를 수행108 양자점 / cm 2 이하 초점 스팟 사이즈에 따라 가진 저밀도 샘플 aking. 18 </li></ol></li><li> 칩 헤더에 샘플을 탑재합니다. <ol><li> 세라믹 칩 헤더에 50 %의 비스무트, 26.7 %의 납, 13.3 %의 주석, 10 % 카드뮴으로 구성된 합금을 적용합니다. 합금이 액화 될 때까지, 핫 플레이트를 이용하여 칩을 가열한다. 칩 헤더에 부착 액화 합금 상에 샘플의 바닥을 놓는다. 주의 : 샘플의 하단에 핀에 연결되는 쇼트 키 다이오드 칩 헤더 솔더 포인트의 한쪽의 전극이다. 시료를 장착하기위한 또 다른 대안은 전도성은 에폭시이다. </li></ol></li><li> 칩의 핀에 샘플의 포인트 (상단)에서 40 G 골드 와이어를 준수합니다. <ol><li> 상단 샘플의 코너 칩의 핀 패드 중 하나에 하나의 액적 실버 에폭시의 방울을 놓습니다. </li><li> 조심스럽게 두 방울의 골드 와이어를하다. 참고 : t의 상단을그 샘플은 전계의인가를 허용 쇼트 키 다이오드의 다른 쪽의 전극이다. </li></ol></li><li> 그라 이오 스탯에 칩 및 샘플을 탑재하고 샘플은 구리 샘플 홀더에 좋은 열 접촉이 확인합니다. <ol><li> 칩과 저온 유지 장치의 차가운 손가락 사이에 인듐 포일을 적용합니다. </li><li> 압력은 차가운 손가락에 칩을 탑재합니다. 세탁기와 두 개의 나사를 사용하고 저온 ​​유지 장치의 구리 차가운 손가락으로 좋은 열 접촉을 보장하기 위해 단단히 조입니다. </li></ol></li><li> 샘플의 상부 및 하부 전극들 모두에 접속되어 상기 칩 핀에 전선을 연결. 소스 미터에 저온 유지를 통해이 와이어를 실행합니다. 참고 : 소스 미터는 외부 전기장에 양자점을 노출, 샘플의 전극에 바이어스를 적용합니다. </li><li> 대피 및 진공에 저온 유지 및 샘플 챔버를 가지고. 샘의 아래로 시원한에 대비하여 약 10 -6 토르로 대피, 터보 펌프를 시작합니다PLE. 주 : 실험 냉각 온도 제어는 밀폐형 냉장고 부착 현미경의 샘플 챔버로 구성되는 저온 유지 장치로 달성된다. </li><li> 그라 이오 스탯의 압축기를 시작합니다. 그라 이오 스탯이 원하는 온도에 도달 할 때까지 시스템을 냉각시킵니다. 주 : 제시된 결과 온도는 샘플이 냉각되면, 설치가 수행 할 수있는 광학 측정 있도록 광학의 설치 준비가 약 18 K.이었다. </li></ol> 2. 광학 설치 참고 : 모든 절차를 설정 한 경우, 제조업체 또는 다른 사용자 지정 프로그램에서 제공하는 소프트웨어를 사용하거나하여 레이저, 소스 미터, 분광기와 CCD를 실행합니다. <ol><li> PL 컬렉션의 경우, 분광계 상에 PL 신호를 초점 렌즈에 맞춰 긴 작동 거리 50X 현미경 목표와 시준 렌즈를 배치합니다. 0.75 mm 통해 스펙트럼을 수집신호가 1,100mm -1 격자에 의해 분산 및 액체 질소를 사용하여 검출된다 onochromator 1340 × 100 화소의 CCD 카메라를 냉각시켰다. </li><li> 백색 광원을 이용하여 시료를 조명. <ol><li> 제대로 분광계 CCD에 샘플의 깨끗한 초점을 맞춘 이미지를 얻을 검출 측의 모든 광학 (즉, 시준 및 초점 렌즈) 및 제로 파장을 정렬하여 외부 카메라와 분광계를 통해 샘플의 이미지에 초점을 맞 춥니 다. 참고 : 정렬 및 샘플의 선명한 이미지를 얻기에 도움이 다른 외부 영상 카메라를 가지고하는 것이 도움이된다. </li></ol></li><li> 검출 측이 설정되면, 샘플 상에 레이저를 집중한다. 렌즈를 이용하여 샘​​플을 가능한 가장 작은 크기로 빔 스폿을 집중. 기저 상태 전이 에너지를 포함하는 여진 범위를 갖는 가변 파장 레이저 다이오드를 사용한다. 비스듬한 각도로 샘플에 레이저 사건을 설정합니다. 경사 입사의 장점은이것은 산란 레이저 광의 상당 부분을 제거하는 데 도움이. </li><li> 높은 비 공명 에너지에서 샘플을 자극. 최적의 습윤 층 아래 에너지에 흥분하여이 작업을 수행. 인듐 비소 / GaAs로 QDMs이 연구에서이 접지 상태 전이 상기 75 meV 인 이상에 상당한다. </li><li> 초점 모드에서 스펙트럼 수집 소프트웨어를 실행합니다. 그라 이오 스탯 현미경 샘플 하우징에 부착되는 XY 변환 단계를 이용하여 레이저 스폿에 걸쳐 샘플을 검사한다. 분광계 CCD는 접지 상태 전환의 구분 줄을 캡처 할 때까지이 작업을 수행합니다. QDMs 중 하나를 검출 중심. 참고 : QDM가 발견되면, 광 설치가 완료됩니다. 기저 상태의 에너지를 사용하는 샘플은 약 1,300 meV 인이다. </li><li> 바이어스 맵을 생성한다. <ol><li> 샘플에 전극에 연결된 소스 미터 (단계 1.5)를 통해 잠재력을 적용; 이것은 QDM에 전계를 발생 차례로 전극간에 바이어스를인가에스. 주의 : 샘플에인가되는 바이어스의 범위는 쇼트 키 다이오드 구조에 걸쳐 0-2 V이다. 장치가 역 바이어스에있을 때, 그리고 전계가 볼 수 있도록 각 충전 상태에 대한 허용 QDM의 전하량을 제한한다. </li><li> 일반적으로 볼트의 수천에 백분의 범위이 원하는 해상도에 따라 다른 증가 전압 값에서 각각의 스펙트럼을 가져 가라. 사용자 지정 프로그램 (예를 들어, LabVIEW를) 사용하여 함께 이러한 개별 스펙트럼을 결합합니다. 주 :이 프로그램은 쉽게 제시 실험이 함께 실시간 데이터 스티치 첨가되어 매트릭스로 각각의 스펙트럼의 벡터 열을 조합하는 다른 다양한 프로그램을 이용하여 코딩 될 수있다. <ol><li> 바이어스 맵을 적용하려면 실행 버튼을 클릭합니다. 이 세트 바이어스에서 스펙트럼을 받아 그것을 열 벡터를 확인하고 다른 열 각 증가 바이어스 스펙트럼을 추가합니다. 참고 :이 데이터 마트를 생성X 강도 값이 PL 강도에 해당하는 경우, 열은 에너지 / 파장을 나타내며, 열 전압에 대응한다. 따라서이 데이터의 품질에 대한 실시간 피드백을 가능하게 실행되고, 상기 바이어스 맵을 볼 수있게한다. 참고 : 바이어스지도가 서로 다른 전하 구성을 식별하는 데 도움이 여기 및 검출 경로 모두의 설치를 완료 할 수있는 적절한 정보를 제공합니다. </li></ol></li></ol></li><li> 흥분 될 것이다 전환을 확인합니다. 전이의 에너지와 명소 바이어스 범위를 참고. <ol><li> 이때 레이저 여기의 전이를 통해 조정되는 방법을 결정한다. 바닥 상태 전이에 흥분하는 레이저를 얻을 수있는 세 가지 옵션이 있습니다 : <ol><li> 조정 온도에 의한 전이 에너지. (18) </li><li> 레이저 에너지를 공진을 달성하기 위해 전환 탁 시프트를 사용한다. (19) 참고 : 내가 위에서 언급 한 두 가지 방법의 좋은 기능을QDM 전이는 일정한 레이저 에너지를 통해 조정되어 있으므로 가변 레이저 광원이 필요하지 않은 S. </li><li> 대안 적으로, 전이를 통해 상기 레이저 에너지를 스테핑 동조 가능한 레이저 소스를 사용한다. 레이저 천이 공진 때의 검출 신호가 존재할 것이며, 이는 측정을 레이저의 제한 스펙트럼 해상도를 제공한다. 이 프로토콜의 나머지 부분에 대한 초점이 될 것입니다. </li></ol></li></ol></li><li> 전환이 확인되고 실험 매개 변수를 설정하면, 측정에 모두 여기 및 탐지 에너지를 선택합니다. <ol><li> 트랜지션과 여기 에너지를 선택한다. 여기 된 전이 에너지 뺀 반도체 합금과 관련된 광학 길이 (LO) 포논 에너지로서 검출을 선택한다. 이러한 값을 사용하여, 측정에 적합한 에지 패스 필터를 선택; 그들은 여기 및 검출 에너지 사이에 단절이 있어야합니다. 참고 : experim 들어ental 결과 종동 전환 1,301.7 meV 인 관찰,도 3에 도시 된 중립 상태 엑시톤이었다 제시하고 -1 LO의 포논 발광은 각각 952.5 nm에서 979.3 nm의 대응, 1266 meV 인 위치한다. 따라서 우리는 여기에 대한 960 nm의 짧은 통과 필터 및 상기 검출에 대한 960 nm의 롱 패스 필터를 사용한다. 그들은 각도를 조절하여 튜닝 될 수 있기 때문에 간섭 차단 필터가 이러한 목적에 적합하다. </li></ol></li><li> 레이저 제어 소프트웨어의 전면 패널의 해당 입력 필드에 원하는 레이저 파장 값을 입력하는 것만으로 행해진 주목 전이 에너지로 자극하기 위해 레이저를 설정한다. </li><li> 분광계 제어 소프트웨어의 전면 패널의 해당 입력 필드에 원하는 중심 파장의 값을 입력하여 -1 LO 광자 방출을 모니터링하는 소정의 값에 중심 파장을 설정한다. 참고 :의 InAs / 갈륨 비소의 -1 LO 광자 방출 appr입니다흥분 될 것 여기자 전이 아래 oximately 36 meV 인. </li><li> 카메라 소프트웨어를 사용하여 포커스 모드 버튼을 클릭하여 연속 모드 스펙트럼 획득 소프트웨어를 실행하여 CCD로 수집을 시작. 신호가 표시되어야합니다 또는 정지 레이저 산란에 의해 숨겨 질 수 있습니다. </li><li> 신호를 극대화 할 수 있습니다. 중요한 단계 : 조정 여기 짧은 패스 필터, 그것은 적절한 파장 차단을 갖도록 약간의 각도를 조정하여. 주 : 최적의 각도는 짧은 패스 필터의 각도를 조정하는 동안 신호를 모니터링하여 성립된다. 필터의 각도를 변경함으로써이 컷오프 파장을 변경한다. 핵심은 가능한 한 많은 레이저 빛이 컬렉션에서 억제되고 있는지 확인하는 것입니다. </li></ol> 3. 준 공명 측정 설정 <ol><li> 사용자 정의 소프트웨어의 메인 화면을 사용하여 컴퓨터 제어에 실험 매개 변수를 설정합니다. 이렇게하려면 수집 프로그램을 시작하고 일을 클릭전자 단계의 양극화, 온도, 또는 WL 탭을 선택합니다. 이 모든 실험 값을 설정하고 실행하면, 다양한 매개 변수를 통해 데이터를 수집합니다. 참고 : 우리의 실험 데이터는 모든 컴퓨터 컨트롤이 사용자 정의 프로그램되었다 복용하십시오. 키는 소프트웨어가 있거나, 분광기의 중심 파장을 설정 CCD 소스 미터를 제어하고, 다른 바이어스에서 스펙트럼의 범위를 수집하는 동안의 전이를 통해 레이저 에너지 스텝 수 프로그래밍하는 것이다. <ol><li> 입력 레이저를 통해 스캔 기존의 레이저 에너지 범위 : 1,301.7 meV 인의 중립 여기자 전이 에너지보다 약 50 μeV에서, 아래 50 μeV에. 은 &quot;요구 수량 WL (㎚)&quot;필드를 사용하여 스캔을 시작하는 초기 파장을 설정합니다. ( &quot;최종 모터 장치&quot;)를 통해 스캔 레이저의 끝 범위를 설정합니다. </li><li> 소스 미터는 &quot;전압 설정&quot;탭을 클릭하여 통해 스캔 바이어스 범위를 설정합니다. 시작 바이어스 발을 설정UE ( &quot;시작 전압 (V)&quot;), 최종 바이어스 값 &quot;최종 전압 (V)&quot;바이어스 스텝 사이즈 &quot;승압 (V)&quot;. 여기서, 주사 바이어스 범위는 1.82 V로 1.68이었다 </li><li> 입력 통합 시간은 &quot;카메라 설정&quot;탭을 클릭하여 선택. &quot;노출 (들)&quot;의 CCD의 통합 시간을 설정 (3.3 단계를 참조하십시오). CCD에 대한 합리적인 통합 시간을 선택합니다. 통합 시간이 실험은 좋은 신호를 얻을 수 있습니다. 통합 시간을 얻을 수있는 더 나은 신호 평균화 큰. (20) 참고 : 실험에 사용되는 통합 시간은 10 초였다. 그러나, 적분 시간은 PL 신호의 세기에 따라 0.5 초 정도로 낮을 수있다. 때때로 개별 검사뿐만 함께 스펙트럼 데이터의 합계를 더한 광 발광 여기 (PLE) 맵의 전환을 발표 할 예정 보간하는 눈의 능력을 바느질시 신호를보고도 필요하지 않습니다. </li&gt; </ol></li></ol> 4. 데이터 수집 <ol><li> 실험 매개 변수가 설정되면 실험을 시작한다. 실행 버튼을 클릭하여 수집을 시작합니다. 참고 : 각각의 레이저 에너지에 소프트웨어는 스펙트럼 배경 스펙트럼을 고려하여 바이어스를 변화한다. 이는 각 바이어스 단계에서 수행됩니다. 그런 다음, 레이저 에너지가 변화하고 선택된 전체 범위가 완료 될 때까지 처리는 계속된다. </li><li> 후 처리 데이터. <ol><li> 모든 바이어스지도의 끝에 촬영 추가 배경 스캔을 가지고 바이어스 각 열에서 평균을 뺍니다. 배경 빼기 프로그램을 사용하거나 함께 배경 열, 평균을 취하는 프로그램을 작성하고이 데이터 매트릭스의 각 바이어스 열에서 배경 스펙트럼을 평균 뺍니다. 참고 : 우리의 실험실에서 사용되는 프로그램에 대한 보충 코드 파일을 참조하십시오. 참고 :이 남아 흩어져 레이저 빛으로 인한 다른 스퓨리어스 신호를 제거 크게 메신저바이어스 맵 증명. </li></ol></li><li> 데이터를 분석 할 수 있습니다. <ol><li> 예를 들어, 상기 스펙트럼 라인의 특성 파라미터는 PL 맵의 각 바이어스 슬라이스에 피팅 로렌츠를 실행하는 수학 피팅 소프트웨어를 사용하여 추출한다. (21)을 끼워 맞춤 절차는 모든 정보가 부속 등의 계수에있을 것이다 완료되면 최대 강도 스펙트럼 위치 및 FWHM있다. </li></ol></li></ol>

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저자는 공개 아무것도 없어.

위의 지침은 포논 보조 준공명 분광법 방법을 보여줍니다. QD 이산 상태로 여기함으로써 포논 방출선을 모니터링하여 고해상도를 달성할 수 있습니다. 제공된 예에서 포논을 사용하면 실험에서 볼 수 있는 중성 여기자의 수명 제한 선폭을 해결할 수도 있습니다. 이 방법은 기존 PL 분광법 설정에 쉽게 통합할 수 있습니다. 언급했듯이 원하는 전이선의 에너지가 비공명 분광법을 통해 식별되면 분광계의 중심 파장을 해당 전이 아래에 -1 LO 포논 아래로 설정하여 설정됩니다. 이 에너지 차이는 여기 및 감지 경로에 각각 단거리 통과 및 장기 통과 필터를 사용하여 측정하는 데 사용됩니다. 필터는 여기 에너지와 검출 에너지가 상대적으로 근접하기 때문에 분광계에 도달할 수 있는 레이저 광의 측면 모드를 억제하는 데 필요합니다. 이러한 표유 레이저 광의 감소는 감지된 신호를 최대화하는 중요한 요소입니다. 
전이 에너지를 통해 레이저를 조정함으로써 -1 포논 위성은 레이저가 원하는 전이와 정확하게 공명...

고해상도 새로운 지식을 잠금 해제의 열쇠입니다. 이 지식으로, 새로운 기술은보다 센서보다 정밀한 제조 툴, 더 효율적인 연산 장치 등이 개발 될 수있다. 이 키를 생성하지만, 종종 자원, 시간 또는 이들의 높은 비용으로 온다. 이 문제는 전자 작은 스펙트럼 변화는 다음 먼 별에 행성의 검출 될 수 있습니다 천문학에 회전의 해제 degeneracies 해결의 원자 물리학에서 모든 규모에 걸쳐 편재. 1,2,3 이 작품의 초점은 표준 분광계 설정을 사용하고, 특히 반도체 광학 분야와 관련하여, 자사의 해상도 한계 이하 스펙트럼 기능을 해결하는 방법을 보여주는 것입니다. 제시된 예는 몇 μeV 정도이다의 InAs / GaAs로 양자점 (양자점)의 이방성 전자 - 정공의 (EH) 과거 분할된다. 4 분광계 (C)의 분해능 한계표준 PL 레이저 분광 기술을 조합함으로써 극복 될 수있다. 유사 공진 형광이 방법은 흔히 단일 단계 분광계를 사용하여 레이저 제한된 분해능을 달성하는 추가적인 장점을 갖는다. 단일 QD PL 스펙트럼에 대한 표준 분광 광학 시스템은 단일 스테이지 0.3-0.75 m 단색화 및 여기 레이저 광원과 함께 광학 장치 (CCD) 검출기 전하 결합 구성된다. 이러한 시스템은 기껏해야 약 950 nm의 근적외선 스펙트럼에서 50 μeV를 해결할 수있다. 비록 통계적 디콘 볼 루션 기술을 사용하여 이러한 단일 단색화 설정이 PL 측정에서 20 미만 μeV를 해결할 수 없다. 스펙트럼이고 5이 해상도 또한, 트리플 첨가제 모드에서 삼중 분광계를 사용하여 향상시킬 수있다 연속적으로 세 개의 격자에 의해 분산. 트리플 분광계 해결 가능한 해상도 증가하는 장점을 갖는다약 10 μeV. 다른 구성 트리플 감산 모드에서는, 첫 번째 두 격자들은 0.5 미만 meV 인에 의해 여진 및 검출을 분리 할 수​​ 있다는 추가 된 기능을 제공하는 대역 통과 필터로서 동작. 트리플 분광계의 단점은 고가의 시스템이라는 것이다. 관심있는 방법을 제시하기 전에, 우리는 간단하게 추가 된 복잡성, 더 나은 스펙트럼 해상도를 달성하고 단일 양자점의 미세 구조를 해결할 수 있으며, 다른 실험 방법을 설명합니다. 이러한 방법의 요소는 제시된 방법에 적합하다. 하나의 이러한 방법은 단일 분석 장치 설치의 검출 경로의 패브리 - 페로 간섭 현상 (FPI)를 첨가한다. (6)의 해상도는 FPI의 기교에 의해 설정되어이 방법을 사용. 따라서, 분광기의 분해능은 낮은 복잡성 및 신호 강도의 비용 1 μeV으로 향상된다. 7 간섭계 방법은 또한 일반 operati 변경CCD 카메라와 분광계에 효과적으로 단일 포인트 검출기되고, 다양한 에너지를 통해 튜닝은 FPI 공동 자체를 조정함으로써 달성된다. 공명 형광 (RF) 스펙트럼은 단일 광학 전이 모두 흥분 및 모니터링 또한 고해상도 스펙트럼의 가능성을 제공하는 다른 방법. 스펙트럼 해상도는 레이저 선폭에 의해 한정되지 한 센서 신호 그러나 CCD의 픽셀 수를 검출하는 멀티 채널 검출기로서 CCD를 유지한다. 이 채널 감지 신호 평균화의 관점에서 유리하다. 단일 QD 수준에서 측정 할 때 RF 스펙트럼의 문제는 특히, 산란 된 레이저 광의 큰 배경에서 PL 신호를 분리한다. 수많은 기술 중 하나를 포함 편광 8 산란 레이저 광, 9 공간 또는 시간 간격 (10) 신호의 비율을 낮추기 위해 사용될 수있다여진 및 검출. 첫 번째는 산란광을 억제하는 높은 흡광 편광기를 사용하는 것이지만,이 방법은 PL에서 편광 정보 손실의 바람직하지 않은 결과를 갖는다. (8) 또 다른 가능한 방법은, 광 공동에 결합되는 반도체 시스템 엔지니어 공명 형광을 구하는 곳 여기 및 검출 경로가 공간적으로 분리된다. 이 큰 레이저 배경에서 PL 신호를 해결해야하는 문제를 제거한다. 그러나,이 방법은 집중 일반 자원에 복잡한 샘플 제조로 제한됩니다. (9) 또한 분 에너지 차이를 해결할 수있는 방법의 또 다른 클래스는 완전한 편광 정보 레이저 제한된 해상도를 달성하는 장점이 차동 전송, 순수한 레이저 스펙트럼의 그 것이다. 이 방법은 일반적으로 트랜스에 조금만 변화를 관찰하기 위해 잠금에서 검출이 필요합니다큰 레이저 배경에 비해 임무 신호. 11 최근 사용하거나하여, 20 %까지의 값으로 QD (들)와 상호 작용하는 레이저 광의 일부를 높일 주도 나노 진보 인덱스 매칭 고체 침지 렌즈 혹은 포토 닉 결정 도파로의 점 매립. 12 이 방법은 높은 에너지 분해능을 달성하는 능력을 가질지라도, 이들은 고가의 장비 복잡한 샘플 제조 및 정보 손실의 비용에서 온다. 이 작업의 방법은 일반적인 PL 설치에 장비 또는 샘플의 제조에 복잡성을 추가하지 않고이 세 가지 방법의 요소를 결합합니다. 최근 연구는 감산 모드 삼중 분광계 시스템으로는 양자점 분자 (QDM)의 2 광자 전이 주파수에서 단일 - 삼중 미세 구조를 시각화 할 수 있음을 보여준다.도 13의 순서에 관련 에너지 분할μeV 수십 약간의 전이로 공진을 여기하고 meV 인 미만 이내에 감지 할 수 삼중 차감 모드를 사용하여 해결 하였다. 스펙트럼 정보는 음향 포논과 다른 저지대 여기자 전환하여 전이 이하 모니터링하여 추출 하였다. 도 1에서 볼 수 있듯이이 방법은 또한 각각 8 μeV 4 μeV의 여기자 천이 이방성 EH 과거 분할 심지어 수명 한정 선폭을 해결하기 위해 적용될 수있다.이 결과와 유사하게,이 논문은 간단한에 초점 다른 방법은 고해상도 소유 많은 장점을 통합하는 것이다 분광계 설정. 추가적으로, CCD는 멀티 채널 검출기로서 남아있을 것이다. 실험 셋업은 다른 고해상도 분광법 상당히 저렴 대하여 유지하고 용이 한 점 상관 측정을 달성하기 위해 변형되는 추가 이익을 갖는다 할 수있다. 결과 날기 달리g 음향 포논과 트리플 분광계, 기본 키는 반도체 시료를 구성하는 반도체 및 관련 합금과 관련된 LO-포논 위​​성을 사용하는 것이다. LO-포논 위성 제로 포논 선 (ZPL) 사이의 에너지 간격은 1 단 분광기의 사용을 허용하는 그러한 샘플 meV 인 수십 정도이다. (14)이 에너지 분리 제안 의약의 사용을 허용 로 공진 천이를 구동하고 하나의 LO 포논 동등한 에너지에 의해 여기 아래 모니터링함으로써 -resonance 분광 방법. 하나는 여기 전이에 자극과 접지 상태 천이를 감시 여기서이 방법. 전이 사이의 분리가 기대되는 15 PL 여기의 것과 유사하고, LO-포논 위성 즉 억제하는 에지 통과 필터의 사용을 허용 탄성 빛을 산란. 포논 위성을 사용하는이 방법은 레이저 선폭 제한된 해상도를 허용흥미로 공진하기 때문에, 전이는 LO-포논 위​​성 방출 표시하게하는 유일한 시간이 일반적이다.

<table><tbody><tr><td>조정 가능한 다이오드 레이저 DL pro</td><td>Toptica Photonics</td><td>DL Pro</td><td></td></tr><tr><td>현미경 검사용 폐쇄 사이클 극저온 무료 냉장고 시스템</td><td>Cryo Industries of America Inc.</td><td>Cryocool G2</td><td></td></tr><tr><td>소스미터</td><td>키슬리&nbsp;</td><td>2611a</td><td></td></tr><tr><td>50X Mitutoyo Plan Apo NIR 무한 보정 목표</td><td>Mitutoyo America Corporation</td><td>378-825-5</td><td></td></tr><tr><td>터보 펌프</td><td>Pfeiffer Vacuum</td><td>HiPace 80</td><td></td></tr><tr><td>NIR 코팅 미러&nbsp;</td><td>Thor labs</td><td>BB1-E03</td><td></td></tr><tr><td>편광판&nbsp;</td><td>Thorlabs</td><td>LPNIR050-MP</td><td></td></tr><tr><td>200&nbsp; mm AR 코팅 무채색 렌즈&nbsp;</td><td>Thorlabs</td><td>AC254-200-B-ML</td><td></td></tr><tr><td>100&nbsp; mm AR 코팅 무채색 렌즈&nbsp;</td><td>Thorlabs</td><td>AC254-100-B-ML</td><td></td></tr><tr><td>960 롱 패스 필터</td><td>Thorlabs</td><td>960aelp</td><td></td></tr><tr><td>960 쇼트 패스 필터</td><td>Thorlabs</td><td>960aesp</td><td></td></tr><tr><td>액정 가변 지연제</td><td>Meadowlark 광학</td><td>LVR-100</td><td></td></tr><tr><td>0.75&nbsp; m 분광계 Acton SpectraPro</td><td>Princeton Instruments</td><td>Trivista</td><td></td></tr><tr><td>액체 질소 냉각 카메라&nbsp;</td><td>프린스턴 인스트루먼트</td><td>7508-0002</td><td></td></tr><tr><td>외부 카메라</td><td>Watec</td><td>Wat-902H 궁극의</td><td>선택적</td></tr><tr><td>Ostoalloy</td><td>Lake Shore Cryotronics</td><td>Ostalloy 158</td><td></td></tr><tr><td>골드 와이어 (40 게이지)</td><td>Surepure Chemetals</td><td>Au-Wire-03-02</td><td></td></tr><tr><td>실버 에폭시</td><td>A.I. 기술</td><td>Prima-Solder EG8020</td><td></td></tr><tr><td>프로그램 소프트웨어&nbsp;</td><td>내쇼날인스트루먼트&nbsp;</td><td>랩뷰</td><td></td></tr></tbody></table>

높은 해상도 포논 도움을 준 공명 형광 분광학

High Resolution Phonon-assisted Quasi-resonance Fluorescence Spectroscopy

고해상도 광 분광 방법은 하나의 기술 장비, 복잡성, 시간 또는 이들의 조합의 관점에서 요구된다. 여기에서 우리는 스핀 미세 구조와 단일 양자 도트 (양자점)의 균일 한 선폭의 이상으로 스펙트럼 기능을 해결하는 표준, 사용하기 쉬운 분석기 설정을 사용 할 수있는 광 분광 방법을 보여줍니다. 이 방법은 멀티 - 채널 광 발광 감지와 레이저 선폭 제한된 해상도의 이점을 결합하여 레이저 광 발광 스펙트럼을 모두 포함한다. 이러한 방식은 일반적인 단일 단계 분광계의 이상 해상도의 상당한 개선 할 수 있습니다. 상기 방법은 기저 상태 전이의 공진 여진 후 단일 양자 도트의 광 발광 측정을 돕기 위해 포논을 사용한다. 포논의 에너지 차이는 하나 분리하고 흥미로운 양자점을 레이저 광을 필터링 할 수 있습니다. 유리한 철이 방법의 ature은 대부분의 연구자에 액세스 할 수있는 표준 분광 설정,로 그 곧장 앞으로 통합이다.

도면에 제시된 결과는 PL 측정을 돕기 위해 포논을 이용한 고해상도 기능을 나타낸다. 회로도 (도 2)의 여기 및 검출 모두 에지 통과 필터를 제외하고, 실험 장치는 편광 제어를 선택적으로 또한 표준 분광법 설치 남아 있음을 보여준다. 하나의 트리플 분광계 (그림. 3)과의 비교는 해상도에 포논를 이용한 방법의 큰 개선을 묘사한다. 이방성 어 분할 명확하게 분리 (그림 4)의 정확한 측정을 가능하게 표시됩니다. 또한,이 방법은 하나 쉽게 QD 전환 (그림 5)의 수명을 제한 선폭 측정을 할 수 있습니다. 로렌 시안 기능 피크 피팅은 데이터의 분석을 완료; 끼워 외삽, 상기 분할 및 전체 모두를 추출 할 수있다폭 반 최대. 또한,이 의사 공진 기법 0.5 meV 인 내 전이를 모니터하는 트리플 감산 모드 삼중 분석 장치 (도 1)에</s...

원고는 레이저 제한 해상도와 광발광(PL) 분광법을 모두 통합하는 포논 보조 준공진 형광 분광법의 방법을 설명합니다. 이 방법은 광학 포논을 사용하여 에너지 영역에서 원자와 같은 반도체 구조의 선폭 제한 해상도 스펙트럼을 제공합니다. 이 방법은 또한 단일 분광계 광학 분광학 설정으로 쉽게 실현할 수 있습니다.

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

포논 보조 준공명 형광 분광법(Phonon-assisted Quasi-resonance Florescence Spectroscopy)의 전반적인 목표는 표준 광루미네선스 분광 장치로 원자와 유사한 반도체 구조의 광학 스펙트럼에 대해 레이저 선폭 제한 분해능을 달성하는 것입니다. 이 방법은 양자점, 다이아몬드 내 질소-공석 중심, 탄화규소 내 결함과 같은 0차원 시스템과 관련된 반도체 광학 분광학 연구를 용이하게 합니다. 이 기술의 주요 장점은 편광 정보를 유지하면서 10 $\text{µeV}$ 미만의 에너지 특성에 대해 고해상도 광학 스펙트럼을 얻을 수 있다는 점입니다.이 기술은 고해상도 광학 스펙트럼을 얻을 수 있는 능력 덕분에 광학 분광법의 활용 범위를 확장합니다. 이 방법에 익숙하지 않은 사용자는 신호를 찾는 데 어려움을 겪을 수 있습니다. 가장 큰 난관은 단일 분광기와 소멸 필터를 사용하여 산란된 레이저 광을 제거하는 것입니다.실험에 사용될 재료 또는 장치부터 시작합니다. 이 장치에는 칩 위에 양자점 분자들이 장착되어 있습니다. 양자점 분자들에 대한 개요는 이 도식에 제공되어 있습니다.갈륨 비소 층 사이에 두 개의 인듐 비소 양자점 층이 매립되어 있습니다. 각 양자점은 광학적으로 주소 지정이 가능합니다. 양자점 분자들은 쇼트키 다이오드의 진성 영역에 위치하여 전기장을 인가할 수 있습니다.첫 번째 단계는 냉각을 위해 장치를 크라이오스탯 콜드 핑거(cold finger)에 장착하는 것입니다. 칩을 콜드 핑거에 장착하기 전, 칩이 놓일 자리에 인듐 호일을 부착하십시오. 그다음, 호일 위에 칩을 정위치에 놓습니다.장치의 양 끝에 나사와 와셔를 사용하여 콜드 핑거에 단단히 고정하고 양호한 열 접촉을 확보하십시오. 이어서 장치의 전극 와이어를 소스 미터와 연결되는 크라이오스탯 내의 접점에 부착하십시오. 이제 크라이오스탯을 XYZ 이동 스테이지(Translation Stage)에 장착하여 광학 프로브가 샘플에 접근할 수 있도록 하십시오.이 경우, 번역 단계는 이미 실험의 광학 경로에 배치되어 있습니다. 크라이오스탯을 원하는 온도까지 냉각시키기 전에 내부를 진공 상태로 만드십시오. 시료가 냉각되면 광학 소자 작업을 시작하십시오.광루미네센스 측정의 경우, 시료에서 나오는 빛을 포착하기 위해 작동 거리(working distance)가 긴 대물렌즈와 콜리메이션 렌즈를 배치하십시오. 그 후, 거울을 사용하여 빛을 단일 스테이지 분광계로 유도하십시오. 스펙트럼 검출에는 액체 질소 냉각 CCD 카메라를 사용하십시오.본 실험에서는 트리플 분광계의 마지막 단계를 사용합니다. 정렬을 위해 샘플 근처에 백색 광원을 설치하십시오. 계속 진행하기 전에 해당 광원으로 샘플을 조사하십시오.별도의 카메라를 사용하여 분광계 내 샘플의 이미지를 캡처하십시오. 벤치 위에서 콜리메이팅 렌즈와 포커싱 렌즈를 적절하게 정렬하여 샘플 이미지를 선명하게 만드십시오. 카메라에 깨끗하고 초점이 맞은 이미지가 나타날 때만 정렬 작업을 종료하십시오.광원을 제거한 후, 시료를 여기시킬 레이저를 준비합니다. 바닥 상태 전이 이상의 에너지로 설정된 가변 다이오드 레이저를 사용하십시오. 산란광 검출을 줄이기 위해 레이저를 시료에 비스듬한 각도로 조사합니다.렌즈를 사용하여 카메라로 캡처되는 영역 내에서 빔 스폿의 크기를 가능한 한 가장 작게 맞추십시오. 이 시점의 설정 개요는 이 도식에 나와 있습니다. 노이즈 감소를 위해 레이저 광이 시료에 비스듬한 각도로 입사됨에 유의하십시오.레이저를 사용하여 더 높은 비공명 에너지를 여기시키고, 신호를 관찰하기 위해 스펙트럼 획득 소프트웨어를 포커스 모드로 실행하십시오. 샘플 하우징 이동 스테이지(Housing Translation Stage)를 사용하여 레이저 스폿을 통해 샘플을 스캔하십시오. CCD가 바닥 상태 전이의 개별 선들을 포착하면 스캔을 중단하십시오.하나의 양자점 분자에 집중하고, 레이저 빔의 위치를 미세하게 조정하여 신호를 최적화합니다. 다음 단계는 lap 제어 소프트웨어를 사용하여 Bias 맵을 생성하는 것입니다. 소프트웨어는 먼저 소스 미터를 통해 시료 전극에 Bias 전위차를 인가합니다.그런 다음 해당 Bias 값과 관련된 스펙트럼을 기록합니다. Bias 전위를 일정 간격으로 증가시키고, 각 Bias 값에서 에너지 스펙트럼을 기록하며, 이 데이터를 사용하여 해당 표현물을 생성함으로써 맵이 만들어집니다. Bias 맵이 주어지면, 여기될 전이를 식별하십시오.전이 에너지와 관심 있는 바이어스 범위를 확인하십시오. 이 그림에서 전이는 시료의 온도를 스캔함으로써 단계적으로 변화합니다. 레이저가 전이와 공명될 때 검출 신호가 나타납니다.선택한 전이를 사용하여 광학 설정의 엣지 필터를 결정하십시오. 전이 에너지는 여기 분과(excitation branch)에서 960 nm 숏패스 필터(short pass filter)를 사용하는 근거가 됩니다. 반도체 합금의 종방향 광학 포논 방출 에너지는 검출 분과(detection branch)에서 960 nm 롱패스 필터(long pass filter)를 사용하는 근거가 됩니다.설치된 필터의 종류에 따라 이후 단계가 더 수월해질 수 있습니다. 간섭 컷오프 필터는 각도를 조절하여 튜닝이 가능하므로 매우 이상적입니다. 컴퓨터에서 레이저 여기 에너지와 minus one longitudinal optical phonon 중심 주파수를 설정하십시오.CCD를 작동시켜 연속 모드로 스펙트럼을 수집합니다. 이 시점에서는 산란으로 인해 신호가 가려질 수 있습니다. 신호를 최대화하려면 벤치로 돌아가십시오.그곳에서 숏패스 필터(short pass filter)의 각도를 조절하여 적절한 파장 컷오프(wavelength cut-off)가 되도록 튜닝합니다. 최적의 각도를 결정하기 위해 피드백 신호를 모니터링하십시오. 실험실 제어 소프트웨어에서 레이저 에너지가 전이 에너지(transition energy)를 중심으로 일정 범위를 스캔하도록 설정하고, 스캔할 바이어스 전압(Bias voltage) 범위를 설정합니다.이 바이어스 맵(Bias map)은 레이저 에너지를 설정하고, 해당 에너지 범위 내에서 바이어스(Bias)를 가변하여 스펙트럼을 수집한 후, 이를 전체 레이저 에너지 범위에 대해 반복하여 작성되었습니다. 배경 데이터를 동시에 수집함으로써, 후처리 과정에서 두 데이터를 사용하여 가짜 신호를 제거하고 개선된 이미지를 생성할 수 있습니다. 이 도식에서 볼 수 있듯이, 포논 보조 분광법(Phonon-assisted Spectroscopy) 방법의 실험 장치는 표준 분광법의 장치와 거의 동일합니다.유일한 차이점은 Phonon-assisted 방식의 검출 및 여기 빔 경로 모두에 엣지 필터(edge filter)가 존재한다는 점입니다. 이 기술을 다른 기술과 비교하기 위해, 중성 엑시톤(neutral exciton)의 분해능을 살펴보십시오. 이 데이터는 918 nanometers 부근의 비거주 여기(non-resident excitation)를 사용한 단일 분광계에서 얻은 결과입니다.스펙트럼 분해능은 픽셀당 약 26 micro-electron volts이며, 전자-정공 교환 분할(electron-hole exchange splitting)은 분해할 수 없습니다. 동일한 스펙트럼 영역을 3중 가산 모드(triple additive mode)의 분광계로 분석하면 분해능은 약 10 micro-electron volts가 됩니다. 이때 전자-정공 분할이 분해되기 시작합니다.동일한 스펙트럼 영역에서 준공명 포논 보조 분광법(Quasi-resonant Phonon-assisted Spectroscopy) 방법을 사용하면, 분해능은 레이저 한계에 도달하여 1 µeV 미만의 분해능을 가지며 두 개의 피크가 명확하게 분해됩니다. 빨간색 곡선은 이중 로렌츠 피팅(double-Lorentzian fit)의 결과입니다. 이는 약 23.3 µeV의 등방성 전자-정공 교환 분할(isotropic electron-hole exchange splitting)이 있음을 시사합니다.이 기술을 숙달하면 두어 시간 내에 완료할 수 있습니다. 이 절차를 수행할 때, 광루미네선스 신호를 얻은 후 좋은 스펙트럼을 얻기 위한 핵심은 레이저를 광루미네선스로부터 분리해내는 능력이라는 점을 기억하는 것이 중요합니다. 이 절차 이후에는 여기 경로와 검출 경로 모두에 편광 분석기를 추가하는 것과 같은 다른 구성 요소를 설정에 추가할 수 있습니다.이 기술의 개발 이후, 반도체 물리학 분야의 연구자들은 양자점과 같은 0차원 시스템을 더욱 깊이 탐구할 수 있는 길을 열었습니다. 이 영상을 시청한 후에는 원자와 유사한 고체 상태 시스템의 초고해상도 광학 스펙트럼을 얻기 위해 포논 보조 준공명 형광 분광법(Phonon-assisted Quasi-resonance Fluorescence Spectroscopy)을 사용하는 방법에 대해 충분히 이해하게 될 것입니다. 레이저 작업은 매우 위험할 수 있으므로, 이러한 실험을 수행할 때는 항상 적절한 안전 장비를 착용하는 등 예방 조치를 취해야 함을 잊지 마십시오.

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