Het manuscript beschrijft een methode van door fononen geassisteerde quasi-resonante fluorescentiespectroscopie die zowel laser-gelimiteerde resolutie als fotoluminescentie (PL) spectroscopie omvat. Deze methode maakt gebruik van optische fononen om lijnbreedte-gelimiteerde resolutiespectra van atomachtige halfgeleiderstructuren in het energiedomein te leveren. De methode kan ook eenvoudig worden gerealiseerd met een enkele spectroscopische opstelling voor optische spectroscopie.
Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.
Methodenartikel
High Resolution Phonon ondersteunde Quasi-resonantie fluorescentiespectroscopie
In dit artikel
Samenvatting
Samenvatting
Hoge resolutie optische spectroscopie methoden eisen qua beide technologie, apparatuur, complexiteit, tijd of een combinatie hiervan. Hier laten we een optische spectroscopie methode die kunnen oplossen spectrale kenmerken dan die van de spin fijne structuur en homogene lijnbreedte van enkele quantum dots (QDs) met een standaard, eenvoudig te gebruiken spectrometer opstelling is. Deze methode omvat zowel laser en fotoluminescentie spectroscopie, het combineren van de voordelen van laser line-breedte beperkte resolutie met multi-channel fotoluminescentie detectie. Een dergelijk systeem zorgt voor een aanzienlijke verbetering van de resolutie dan die van een gewone single-stage spectrometer. De werkwijze gebruikt fononen te helpen bij het meten van de fotoluminescentie van een enkele quantum dot na resonante excitatie van de grondtoestand overgang. De phonon energie verschil maakt het mogelijk om te scheiden en te filteren het laserlicht opwindende de quantum dot. Een voordelig feAard van deze methode is de ongecompliceerde integratie in standaard spectroscopie opstellingen die toegankelijk is voor de meeste onderzoekers.
Inleiding
Hoge resolutie is de sleutel tot het ontsluiten van nieuwe kennis. Met deze kennis kunnen nieuwe technologieën worden ontwikkeld als een betere sensoren, nauwkeuriger productie gereedschappen, en meer efficiënte computationele apparaten. Genereren van deze toets komt echter vaak een hoge prijs van middelen, tijd of beide. Dit probleem is alomtegenwoordig in alle schalen uit de atoomfysica van het oplossen van de opgeheven degeneraties van elektron spins om sterrenkunde waar een kleine spectrale verschuiving kan leiden tot opsporing van planeten naast de verre sterren. 1,2,3
De nadruk van dit werk is met een standaard spectrometer opstelling en tonen hoe deze spectra beneden de resolutielimiet op te lossen, met name op het gebied van halfgeleiders optica. De gepresenteerde voorbeeld is dat van anisotrope elektron-gat (eh) uitwisseling splitsen in InAs / GaAs quantum dots (QDs), die in de orde van enkele μeV. 4 de resolutiegrens van de spectrometer ceen overwonnen worden door het combineren van standaard PL en laser spectroscopie technieken. Deze methode van quasi-resonantie fluorescentie heeft het extra voordeel van het bereiken laser beperkte resolutie onder toepassing van een gebruikelijk eentraps spectrometer.
Een standaard optische spectroscopie voor één QD PL spectroscopie bestaat uit een eentraps 0,3-0,75 m monochromator en een ladingsgekoppelde inrichting (CCD) detector met een excitatie laserbron en optica. Een dergelijk systeem is op zijn best een oplossing kan 50 μeV in het nabij-infrarode spectrum rond 950 nm. Zelfs met het gebruik van statistische en deconvolutie technieken, zoals een monochromator opstelling is niet een oplossing kan minder dan 20 μeV PL metingen. 5 Deze resolutie kan worden verbeterd door een drievoudige spectrometer, triple additief modus waarin het spectrum achtereenvolgens gedispergeerd drie roosters. De drievoudige spectrometer heeft het voordeel van verhoogde resolutie, kunnen oplossenrond 10 μeV. In een alternatieve configuratie, drie- subtractieve modus, de eerste twee roosters gedragen als een banddoorlaatfilter, waardoor de toegevoegde functie van de mogelijkheid om de excitatie en detectie Afzonderlijke minder dan 0,5 MeV. Het nadeel van de drievoudige spectrometer is dat het een duur systeem.
Alvorens de werkwijze plaats bespreken we kort andere experimentele benaderingen, met toegevoegde complexiteit bereiken betere spectrale resolutie en kunnen de fijne structuur van afzonderlijke QD lossen. Elementen van deze methoden zijn om de onderhavige methode betrokken. Een dergelijke methode is het toevoegen van een Fabry-Perot interferometer (FPI) in de detectie pad van een enkele spectrometer setup. 6 Met behulp van deze methode wordt de resolutie door de finesse van de FPI in te stellen. Derhalve wordt de resolutie van de spectrometer verbeterd tot 1 μeV, ten koste van extra complexiteit en lagere signaalintensiteit. 7 De interferometer werkwijze verandert ook de algemene operatieen van de spectrometer met de CCD-camera, waarbij zij feitelijk een enkel punt detector en de afstemming door verschillende energieën wordt bereikt door de FPI ruimte zelf.
Resonantie fluorescentie (RF) spectroscopie, een andere methode waarbij een enkele optische overgang is zowel opgewonden en bewaakt biedt ook de belofte van hoge-resolutie spectroscopie. De spectrale resolutie wordt alleen beperkt door de laser lijnbreedte en houdt de CCD als meerkanaalsdetector, wat niet alleen een sensor detecteert het signaal, maar een aantal CCD pixels. Deze multichannel-detectie is voordelig in termen van signaal middeling. De uitdaging RF spectroscopie scheidt de PL signaal van de grote achtergrond van verstrooid laserlicht, vooral bij het meten op één niveau QD. Een aantal technieken kan worden gebruikt om de verhouding van signaal verstrooid laserlicht, die erin ofwel polarisatie 8, 9 of ruimtelijke scheiding in 10 verlagenvan de excitatie en detectie. De eerste is een hoge extinctie polarisators gebruiken om het strooilicht te onderdrukken, maar deze methode heeft de negatieve uitkomst van verlies van polarisatie informatie van de PL. 8 Een andere mogelijke methode om resonantie fluorescentie verkrijgen halfgeleider systemen die gekoppeld zijn aan optische holten construeren waarbij de excitatie en detectie paden worden ruimtelijk gescheiden. Dit elimineert het probleem van het moeten de PL signaal van de grote laserachtergrond lossen. Echter, deze werkwijze beperkt tot ingewikkelde fabricage monster dat over het algemeen arbeidsintensief. 9
Een andere klasse van methoden die ook in staat is minuten energie te lossen is dat van zuiver laser spectroscopie, zoals differentiële transmissie, die ten behoeve van het bereiken laser beperkte resolutie met volledige polarisatie informatie heeft. Deze methode vereist doorgaans lock-in detectie minuscule veranderingen waarnemen in de transmissie signaal vergeleken met die van de grote laserachtergrond. 11 De laatste tijd vooruitgang in nanofabricatie hebben geleid tot een verhoging van de fractie van laserlicht dat samenwerkt met de QD (en) om waarden tot 20%, door ofwel met-index gematched vaste onderdompeling lenzen of inbedden van de puntjes in fotonisch kristal golfgeleiders. 12
Hoewel deze methoden kunnen bereiken hoge energieresolutie, komen ze ten koste van dure apparatuur, complexe monsters fabricage en verlies van informatie. De methode in dit werk combineert elementen uit deze drie methoden zonder toevoeging van complexiteit in instrumentatie of monster fabricage naar een reguliere PL setup.
Recent werk heeft aangetoond dat een triple spectrometer systeem subtractieve modus is het mogelijk de singlet-triplet fijne structuur zichtbaar in de twee-foton overgang spectrum van een quantum dot molecuul (QDM). 13 De betrokken energie splitsing in de ordevan enkele tot tientallen μeV werden opgelost met behulp van een drievoudige subtractieve modus, die toegestaan om de overgangen resonant prikkelen en te detecteren in minder dan een meV. De spectrale informatie werd gehaald door het toezicht op onder de overgang met behulp van akoestische fononen en andere lager gelegen exciton overgangen. Deze werkwijze kan ook worden toegepast op de anisotrope eh uitwisseling splitsen en ook de levensduur beperkt lijnbreedte van de exciton overgang van 8 μeV en 4 μeV respectievelijk lossen zoals in figuur 1. Vergelijkbaar met dit resultaat, zal dit document gericht op een eenvoudige spectrometer opstelling die veel van de voordelen dat de andere hoge scheidingswerkwijzen bezitten zullen worden opgenomen. Daarnaast zal de CCD als meerkanaalsdetector blijven. De experimentele opstelling kan ook redelijk goedkoop ten opzichte van andere hoge-resolutie spectroscopie methoden gehouden en heeft het extra voordeel dat het gemakkelijk aangepast om enkel punt correlatiemetingen bereiken. In tegenstelling tot het resultaat using akoestische fononen en een triple spectrometer, de onderliggende sleutel is om gebruik van de LO-fonon satelliet geassocieerd met halfgeleiders en verwante legeringen waaruit halfgeleider steekproeven. De energie scheiding tussen LO-fonon satelliet en de nul-fonon-lijn (ZPL) in de orde van tientallen MeV voor dergelijke monsters, die het gebruik van een enkeltraps spectrometer. 14 Deze energie scheiding maakt gebruik van de voorgestelde quasi resonantie NMR spectroscopie methode resonant aandrijven van een overgang en toezicht onder de excitatie door een energie gelijk aan één LO fonon. Deze techniek is analoog aan die van PL excitatie waar men exciteert in een opgewonden overgang en bewaakt de grondtoestand overgang. 15 De scheiding tussen de overgang wordt opgewekt en dat van de LO-fonon satelliet maakt het gebruik van de rand door filters om het onderdrukken elastisch verstrooid licht. Dit bedieningswijze van het fonon satelliet maakt laser lijnbreedte beperkte resolutieAangezien resonant exciteren van de overgang is typisch de enige keer dat de LO-fonon emissie satelliet zichtbaar.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Protocol
Opmerking: De beschreven methode is specifiek voor een bepaalde software, hoewel andere softwarepakketten kunnen in plaats daarvan worden gebruikt.
1. Monstervoorbereiding en Cool Down
- Fabriceren het monster.
- Groeit het monster met de Stranski-Krastanov groeimethode via moleculaire bundel epitaxie creëren van twee verticaal gestapelde zelfassemblerende InAs / GaAs QDs die worden gescheiden door een 4 nm tunnelbarrière zoals eerder beschreven. 16 Integreer de QDs in een elektrisch veldeffect structuur (dwz Schottky diode) waardoor een elektrisch veld toe te passen op de QDMs. 17
Opmerking: Het gebruik van QDMs is geen vereiste van de methode. Ook de halfgeleiders InAs / GaAs niet noodzakelijk de techniek zal werken voor QDMs of QDs gemaakt zijn van een halfgeleider combinatie. - Fabriceren van de monsters, zodat individuele QDs optisch kunnen worden aangepakt. Doet dit door het toevoegen van een apertuurmasker naar de top van het monster of making een lage monster dichtheid met 10 8 QDs / cm 2 of minder afhankelijk van het brandpunt grootte. 18
- Groeit het monster met de Stranski-Krastanov groeimethode via moleculaire bundel epitaxie creëren van twee verticaal gestapelde zelfassemblerende InAs / GaAs QDs die worden gescheiden door een 4 nm tunnelbarrière zoals eerder beschreven. 16 Integreer de QDs in een elektrisch veldeffect structuur (dwz Schottky diode) waardoor een elektrisch veld toe te passen op de QDMs. 17
- Monteer het monster in de chip kopt de bal.
- Breng een legering bestaande uit 50% bismut, lood 26,7%, 13,3% tin en 10% cadmium op de keramische chip header. Verhit de chip met behulp van een hete plaat tot de legering vloeibaar. Plaats de onderkant van het monster in de vloeibare legering bevestiging aan de chip header.
Opmerking: De onderkant van het monster is een van de elektroden van de Schottky diode en de soldeerpunt de chip kop is verbonden met een pen. Andere alternatieve voor het bevestigen van het monster geleidende zilverepoxy.
- Breng een legering bestaande uit 50% bismut, lood 26,7%, 13,3% tin en 10% cadmium op de keramische chip header. Verhit de chip met behulp van een hete plaat tot de legering vloeibaar. Plaats de onderkant van het monster in de vloeibare legering bevestiging aan de chip header.
- Houd u 40 G gouden draad van een punt (bovenhoek) van het monster op een pin op de chip.
- Plaats een druppel zilverepoxy in de bovenhoek van het monster en een druppel op een van de pen pads op de chip.
- Zorgvuldig lag de gouden draad in de twee druppels.
Opmerking: het gebruik van dHij monster de andere elektrode van de Schottky diode die het mogelijk maakt voor de toepassing van een elektrisch veld.
- Monteer de chip en het monster in de cryostaat en zorgen voor het monster heeft een goed thermisch contact met het koper monsterhouder.
- Solliciteer indium folie tussen de chip en koude vinger van de cryostaat's.
- Pressure monteer de chip aan de koude vinger. Gebruik twee schroeven met ringen en draai stevig aan een goed thermisch contact met koper koude vinger van de cryostaat te waarborgen.
- Bevestig draden van de chip pinnen die zijn aangesloten op zowel de bovenste en onderste elektroden op het monster. Ren deze draden door de cryostaat naar de bron meter.
Opmerking: De bron meter past een voorspanning op elektroden van het monster, de QDs blootgesteld aan een extern elektrisch veld. - Evacueren en breng de cryostaat en monsterkamer vacuüm. Start de turbo pomp evacueren tot ongeveer 10 -6 Torr voorbereiding van de afkoeling van de sample.
Opmerking: koelen en temperatuurcontrole voor het experiment wordt bij de cryostaat dat bestaat uit een gesloten kringloop koelkast en een aangrenzende microscopie monsterkamer. - Start compressor van de cryostaat's. Laat de cryostaat om het systeem afkoelen tot aan de gewenste temperatuur.
Opmerking: Voor de gepresenteerde resultaten de temperatuur ongeveer 18 K. Wanneer het monster afgekoeld, de installatie gereed is voor de installatie van de optische waarmee de optische meting mogelijk.
2. Optics Setup
NB: Voor alle procedures opgesteld, voert u de laser, bron meter, spectrometer en CCD door ofwel met behulp van de software die door de fabrikant of andere aangepaste programma.
- Voor PL collectie, plaats een lange werkafstand 50X microscoop objectief en collimatie lens in lijn met de lens die de PL signaal richt zich op de spectrometer. Verzamel het spectrum door een 0,75 mmonochromator waar het signaal wordt gedispergeerd door een 1100 mm -1 raspen en gedetecteerd met een vloeibare stikstof gekoelde 1340 x 100 pixel CCD camera.
- Met behulp van een witte lichtbron, verlichten het monster.
- Focus het beeld van het monster door een externe camera en de spectrometer door naar behoren het uitlijnen van de hele optiek op de detectie zijde (dat wil zeggen, collimatie en focus lens) en bij nul golflengte krijgt een schone gefocusseerd beeld van het monster op de spectrometer CCD.
Opmerking: Het is nuttig om een andere externe imaging camera om te helpen met de aanpassing en het krijgen van een scherp beeld van het monster te hebben.
- Focus het beeld van het monster door een externe camera en de spectrometer door naar behoren het uitlijnen van de hele optiek op de detectie zijde (dat wil zeggen, collimatie en focus lens) en bij nul golflengte krijgt een schone gefocusseerd beeld van het monster op de spectrometer CCD.
- Na de detectie kant is ingesteld, de focus van de laser op het monster. Richt de straal plek om de kleinste maat mogelijk op het monster met behulp van een lens. Gebruik een afstembare diodelaser met een excitatie bereik dat de grondtoestand overgang energieën bevat. Stel de laser incident het monster onder een schuine hoek. Een voordeel van scheve inval isdat het helpt zich te ontdoen van een groot deel van de verstrooide laserlicht.
- Excite het monster bij een hogere niet-resonante energie. Optimaal, doen dit door spannend een energie onder de bevochtiging laag. Voor de InAs / GaAs QDMs in deze studie dit komt overeen met 75 MeV of meer boven de grond toestandsovergangen.
- Voer het spectrum acquisitie software in focus mode. Scan de steekproef over de laser ter plaatse middels een XY vertaling stadium om de cryostaat microscopie monster behuizing is bevestigd. Doe dit tot de spectrometer CCD de discrete lijnen van de grondtoestand overgangen vangt. Centreer de detectie op een van de QDMs.
Opmerking: Zodra een QDM wordt gevonden, wordt de optische opstelling voltooid. Voor de gebruikte de grondtoestand energieën monsters zijn ongeveer 1.300 meV. - Genereer een vooroordeel kaart.
- Breng een potentiële bron via de meter (stap 1,5) verbonden met de elektroden op het monster; Dit past een voorspanning over de elektroden op zijn beurt een elektrisch veld onder QDMs.
Opmerking: De voorspanningsgebied aangebracht op het monster 0-2 V over de Schottky diode structuur. Dit is wanneer de inrichting in omgekeerde voorspanning, en het elektrische veld beperkt de hoeveelheid ladingen in de QDM waardoor de individuele ladingstoestanden toegankelijk zijn. - Neem individuele spectra bij verschillende opgehoogd voltage waarden, afhankelijk van de gewenste resolutie dit normaliter varieert van honderdsten tot duizendsten van een volt. Combineer deze individuele spectra aan elkaar met behulp van een aangepast programma (bijvoorbeeld LabView).
Opmerking: Het programma kan eenvoudig worden gecodeerd met behulp van een groot aantal verschillende programma's de vector kolommen van de afzonderlijke spectra combineren in een matrix in de gepresenteerde dit experiment is toegevoegd aan de gegevens in real-time samenvoegen.- Klik op de run-knop voor een vertekening kaart te nemen. Dit neemt spectra op een bepaalde vooringenomenheid en maak er een kolomvector, voegt dan elk opgehoogd vertekening spectra als een andere kolom.
Opmerking: Dit genereert een data Matrix waarbij de intensiteit waarden komen overeen met de PL-intensiteit, rijen vertegenwoordigt energie / golflengte en kolommen geven spanning. De voorspanning kaart moet worden bekeken als het wordt gerund, waardoor levende feedback over de kwaliteit van de data.
Opmerking: Een vooroordeel kaart helpt om verschillende lading configuraties te identificeren en geeft de juiste informatie om de setup van zowel de excitatie en detectie paden af te ronden.
- Klik op de run-knop voor een vertekening kaart te nemen. Dit neemt spectra op een bepaalde vooringenomenheid en maak er een kolomvector, voegt dan elk opgehoogd vertekening spectra als een andere kolom.
- Breng een potentiële bron via de meter (stap 1,5) verbonden met de elektroden op het monster; Dit past een voorspanning over de elektroden op zijn beurt een elektrisch veld onder QDMs.
- Identificeer de overgang die enthousiast zullen zijn. Let op de energie van de overgang en de voorspanningsgebied plaats.
- Op dit punt beslissen hoe de laser excitatie wordt afgestemd door de overgang. Er zijn drie verschillende opties om de laser op te wekken in de grondtoestand overgang te krijgen:
- Stem de transitie energie door de temperatuur. 18
- Gebruik de Stark verschuiving van de overgang naar de resonantie te bereiken met de laser-energie. 19
Opmerking: Een leuke feature van de twee hierboven genoemde methoden is dat een afstembare laserbron niet nodig is, omdat de QDM overgangen worden afgestemd via een vaste laserenergie. - U kunt ook gebruik maken van een afstembare laserbron, de intensivering van de laser energieën door de overgang. Een detectiesignaal aanwezig zijn wanneer de laser resoneert met de overgang, krijgt dit de meting de laser beperkte spectrale resolutie. Dit zal de focus voor de rest van het protocol.
- Op dit punt beslissen hoe de laser excitatie wordt afgestemd door de overgang. Er zijn drie verschillende opties om de laser op te wekken in de grondtoestand overgang te krijgen:
- Met de overgang geïdentificeerd en de experimentele parameters in te stellen, selecteert u zowel excitatie en detectie-energie voor de meting.
- Kies de excitatie energie als die van de overgang. Kies de detectie als energie van de aangeslagen overgang minus de energie van de longitudinale optische (LO) phonon geassocieerd met de halfgeleider legering. Met behulp van deze waarden, kiest u de juiste rand pass filters voor de meting; ze moeten cutoffs tussen de excitatie en detectie energieën.
Opmerking: Voor de experimentele gepresenteerde resultaten, de aangedreven overgang was de neutrale grondtoestand exciton figuur 3, waargenomen bij 1,301.7 meV en -1 LO fonon emissie zich op 1266 meV, overeenkomend met 952,5 nm en 979,3 nm. We gebruiken daarom een 960 nm korte pass filter voor de excitatie en een 960 nm lange pass filter voor de opsporing. Interferentie cut-off filters zijn ideaal voor dit doel omdat ze kunnen worden afgestemd door het aanpassen van de hoek.
- Kies de excitatie energie als die van de overgang. Kies de detectie als energie van de aangeslagen overgang minus de energie van de longitudinale optische (LO) phonon geassocieerd met de halfgeleider legering. Met behulp van deze waarden, kiest u de juiste rand pass filters voor de meting; ze moeten cutoffs tussen de excitatie en detectie energieën.
- Stel de laser op te wekken bij de overgangsenergie plaats, die eenvoudig is uitgevoerd door de gewenste lasergolflengte waarde in het betreffende invoerveld op het frontpaneel van de laser besturingssoftware.
- Stel de middengolflengte de vooraf bepaalde waarde voor de -1 LO foton-emissie door de gewenste centrale golflengte waarde in het betreffende invoerveld op het frontpaneel van de spectrometer besturingssoftware bewaken.
Opmerking: De -1 LO foton-emissie voor InAs / GaAs is ca.oximately 36 meV onder de exciton overgang die opgewekt wordt. - Met behulp van de camera software, start collectie met de CCD door het uitvoeren van het spectrum acquisitie software in de continu-modus door te klikken op de focus mode knop. Een signaal moet zichtbaar zijn en kan nog worden verborgen door de laser scatter.
- Maximaliseren van het signaal. Kritische stap: Stem de excitatie korte pass filter, door zijn hoek enigszins aanpassen zodat het de juiste golflengte cutoff.
Opmerking: De optimale hoek wordt bepaald door bewaken van het signaal tijdens het instellen van de hoek van de korte doorlaatfilter. Door de hoek van het filter verandert dit de afsnijgolflengte. De sleutel is om ervoor te zorgen dat zo veel laserlicht mogelijk wordt onderdrukt uit de collectie.
3. Quasi-resonantie Measurement Setup
- Stel experimentele parameters op de computer controles met behulp van het hoofdscherm van de aangepaste software. Om dit te doen, start de collectie programma en klik op The Step Polarisatie, Temp, of het tabblad WL. Dit stelt de experimentele waarden en een keer draaien, verzamelt gegevens door de verschillende parameters.
Opmerking: Voor de gegevens van onze experiment nemen van alle computer controles werden op maat geprogrammeerd. De sleutel is om een software of programmeren kan de centrale golflengte van de spectrometer ingesteld, controleert de CCD en de bron meter en stap de laserenergie door de overgang terwijl het verzamelen van verschillende spectra op verschillende vooroordelen.- Voer de gevestigde laserenergie bereik dat de laser scant door middel van: ongeveer 50 μeV boven het neutrale exciton overgang energie van 1,301.7 MeV, tot 50 μeV hieronder. Zet de eerste golflengte om de scan met behulp van de "gewenst (nm) WL" veld te starten. Stel het einde bereik van de laser over te scannen ( "End Motor Unit").
- Stel het voorspanningsgebied dat de bron meter door middel scant door te klikken op de tab "Voltage instellingen". Stel de start vooroordeel valUE ( "Voltage Start (V)"), het einde bias waarde "End Voltage (V)" en de voorspanning stapgrootte "Voltage Stap (V)". Hier, de voorspanningsgebied gescande was 1,68-1,82 V.
- Voer de integratie tijd gekozen door te klikken op de tab "Camera-instellingen". Stel de integratie tijd voor de CCD onder "Belichting (s)" (zie stap 3.3). Selecteer een redelijke integratietijd voor de CCD. Experimenteer met de integratie tijd om een goed signaal te krijgen. Hoe groter de integratietijd beter signaalmiddeling dat verkrijgbaar is. 20
Opmerking: Integratie keer gebruikt voor de proef waren 10 sec. Maar kan integratietijden zo laag als 0,5 sec, afhankelijk van de sterkte van het signaal PL. Soms is het zelfs niet nodig om het signaal in individuele scans maar bij stiksels spectra tezamen gegevens optelling plus het vermogen van het oog om interpoleren de overgangen in de kaart fotoluminescentie excitatie (PLE) onthullen zien.
4. Data Acquisition
- Zodra de experimentele parameters zijn vastgesteld begint het experiment. Begin collectie door te klikken op de knop Uitvoeren.
Opmerking: Bij elke laserenergie de software varieert de voorspanning die een spectrum en een achtergrondspectrum. Dit wordt gedaan voor elke vooringenomenheid stap. Dan is de laserenergie gevarieerd en het proces gaat door totdat het gehele bereik gekozen is voltooid. - Post-proces van de gegevens.
- Neem de extra achtergrond scans dat aan het eind van elke voorspanning kaart zijn genomen en aftrekken van de gemiddelde van elk van de bias kolommen. Gebruik een achtergrond aftrek programma of een programma schrijven dat de achtergrond kolommen, gemiddelde ze samen draait en trek deze gemiddeld achtergrond spectra uit elke kolom voorspanning in de gegevensmatrix. Opmerking: Zie Aanvullende Code File voor de gebruikte in ons lab programma.
Let op: Dit verwijdert andere stoorsignalen veroorzaakt door alle resterende verstrooid laserlicht, sterk imwaaruit blijkt dat de vooringenomenheid kaart.
- Neem de extra achtergrond scans dat aan het eind van elke voorspanning kaart zijn genomen en aftrekken van de gemiddelde van elk van de bias kolommen. Gebruik een achtergrond aftrek programma of een programma schrijven dat de achtergrond kolommen, gemiddelde ze samen draait en trek deze gemiddeld achtergrond spectra uit elke kolom voorspanning in de gegevensmatrix. Opmerking: Zie Aanvullende Code File voor de gebruikte in ons lab programma.
- Analyseer de gegevens.
- Bijvoorbeeld extraheren van de karakteristieke parameters van de spectraallijn gebruik een wiskundige aanpassoftware een Lorentz werking fitting aan elk voorspanning deel van de kaart PL. 21 Nadat de installatie is afgerond alle informatie in de coëfficiënten van de fitting dergelijke als de maximale intensiteit, spectrale locatie en FWHM.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Resultaten
De in de figuren resultaten tonen de hoge resolutie die gebruik fononen te helpen bij de PL meting. Het schema (figuur 2) laat zien dat, met uitzondering van de rand door filters zowel excitatie en detectie, de experimentele opstelling blijft standaard spectroscopie opstelling, met de eventuele toevoeging van polarisatieregeling. Vergelijking met een honkslag en triple spectrometer (figuur. 3) portretteert grote verbetering the-fonon geassisteerde method...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Discussie
De bovenstaande instructies demonstreren de methode van de door fononen geassisteerde quasi-resonantiespectroscopie. Door opwinding naar een discreet toestand in een QD, kan men de fononen emissielijn volgen, waardoor hoge resoluties worden bereikt. In het voorbeeld dat wordt gegeven, is het door het gebruik van fononen zelfs mogelijk om de door levensduur beperkte lijnbreedte van de neutrale exciton die zichtbaar is in experimenten, op te lossen. De methode is eenvoudig te integreren in bestaande PL-spectroscopieopstell...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Openbaarmakingen
De auteurs hebben niets te onthullen.
Dankbetuigingen
De auteurs willen graag Allan Bracker en Daniel Gammon erkennen in het Naval Research Laboratory voor het verstrekken van de monsters worden onderzocht. Dit werk werd (deels) wordt ondersteund door de Defense Threat Reduction Agency, Basic Research Award # HDTRA1-15-1-0011, aan de Universiteit van Californië-Merced.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Materialen
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| Tunable Diode Laser DL pro | Toptica Photonics | DL Pro | |
| Closed Cycle Cryogen Free Refrigerator System for Microscopy | Cryo Industries of America Inc. | Cryocool G2 | |
| Sourcemeter | Keithley | 2611a | |
| 50X Mitutoyo Plan Apo NIR Infinity-Corrected Objective | Mitutoyo America Corporation | 378-825-5 | |
| Turbo pump | Pfeiffer Vacuum | HiPace 80 | |
| NIR coated Mirrors | Thor labs | BB1-E03 | |
| Polarizers | Thorlabs | LPNIR050-MP | |
| 200 mm AR coated Achromatic lens | Thorlabs | AC254-200-B-ML | |
| 100 mm AR coated Achromatic lens | Thorlabs | AC254-100-B-ML | |
| 960 Long pass filter | Thorlabs | 960aelp | |
| 960 Short pass filter | Thorlabs | 960aesp | |
| Liquid Crystal Variable Retarder | Meadowlark Optics | LVR-100 | |
| 0.75 m Spectrometer Acton SpectraPro | Princeton Instruments | Trivista | |
| Liquid Nitrogen Cooled Camera | Princeton Instruments | 7508-0002 | |
| External Camera | Watec | Wat-902H Ultimate | Optioneel |
| Ostoalloy | Lake Shore Cryotronics | Ostalloy 158 | |
| Gold wire (40 gauge) | Surepure Chemetals | Au-Wire-03-02 | |
| Silver Epoxy | A.I. Technology | Prima-Solder EG8020 | |
| Program Software | National Instruments | LabView |
Referenties
- 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. Spectroscopic Properties of Cool Stars (SPOCS). I. 1040 F, G, and K Dwarfs from Keck, Lick, and AAT Planet Search Programs. ApJ. 159, 141-166 (2005).
- Oetiker, B., et al. Searching for Companions to Late Type M Stars. .Astro. Soc. Pac. Conf. Ser. 212, (2000).
- Seguin, R., Rodt, S., Schliwa, A., Potschke, K., Pohl, U. W., Bimberg, D. Size-dependence of anisotropic exchange interaction in InAs/GaAs quantum dots. Phys. Status Solidi B. 243 (15), 3937-3941 (2006).
- Belhadj, T., et al. Controlling the Polarization Eigenstate of a Quantum Dot Exciton with Light. Phys. Rev. Lett. 103 (1-4), (2009).
- Ulrich, S. M., et al. Control of single quantum dot emission characteristics and fine structure by lateral electric fields. Phys. Status Solidi B. 246 (2), 302-306 (2009).
- Vamivakas, A. N., et al. Observation of spin-dependent quantum jumps via quantum dot resonance fluorescence. Nature. 467, 297-300 (2010).
- Poem, E., et al. Polarization sensitive spectroscopy of charged quantum dots. Phys. Rev. B. 76, (2007).
- Flagg, E. B., et al. Resonantly driven coherent oscillations in a solid-state quantum emitter. Nature Phys. 5, 203-207 (2009).
- Scheibner, M., Bacher, G., Forchel, A., Passow, T., Hommel, D. Spin Dynamics in CdSe/ZnSe Quantum Dots: Resonant vesus Nonresonant Excitation. J. Supercond. Nov. Magn. 16 (2), 395-398 (2003).
- Faelt, S., Atature, M., Tureci, H. E., Zhao, Y., Badolato, A., Imamoglu, A. Strong electron-hole exchange in coherently coupled quantum dots. Phys. Rev. Lett. 100, 1-4 (2008).
- Vamivakas, A. N., et al. Strong Extinction of a Far-Field Laser Beam by a Single Quantum Dot. Nano Letters. 7 (9), 2892-2896 (2007).
- Scheibner, M., Economou, S., Ponomarev, I. V., Jennings, C., Bracker, A., Gammon, D. Two-Photon Absorption by a Quantum Dot Pair. Phys. Rev. B. 92, (2015).
- Palik, E. D. Handbook of Optical Constants of Solids. Vols. I and II. , Academic Press. New York. (1985).
- Kerfoot, M. L., et al. Optophononics with Coupled Quantum Dots. Nat. Commun. 5, 1-6 (2013).
- Scheibner, M., Bracker, A. S., Kim, D., Gammon, D. Essential concepts in the optical properties of quantum dot molecules. Solid State Commun. 149, 1427-1435 (2009).
- Bracker, A. S. Engineering electron and hole tunneling with asymmetric InAs quantum dot molecules. Appl. Phys. Lett. 89, 1-3 (2006).
- Doty, M. F., et al. Electrically Tunable g Factors in Quantum Dot Molecular Spin States. Phys. Rev. Lett. 97, 1-4 (2006).
- Stinaff, E. A., et al. Optical Signatures of Coupled Quantum Dots. Science. 311, 636-639 (2006).
- Tkachenko, N. V. Optical Spectroscopy: Methods and Instrumentations. , Elsevier. Amsterdam, Netherlands. (2006).
- Hecht, E. Optics. , 4th edn, Pearson Education Limited. Edinburgh Gate. (2014).
- O'Donnell, K. P., Chen, X. Temperature dependence of semiconductor band gaps. Appl. Phys. Lett. 58, 2924-2926 (1991).
- Stinaff, E. A., et al. Polarization dependent photoluminescence of charged quantum dot molecules. Phys. Stat. Sol. (c). 5 (7), 2464-2468 (2008).
- Jelezko, F., Wrachtrup, J. Single defect centres in diamond: A review. Phys. Stat. Sol. (a). 203 (13), 3207-3225 (2006).
- Doherty, M. W. The nitrogen-vacancy colour centre in diamond. Physics Reports. 528 (1), 1-45 (2013).
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Herprints en machtigingen
