Name: -Ressonância Quasi alta resolução Phonon assistida espectroscopia de fluorescência (Vídeo) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-06-28T13:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 40 s
Description: Explore a espectroscopia de fluorescência assistida por fonons para obter resolução óptica de alta precisão em pontos quânticos semicondutores. Este método computacional utiliza equipamentos padrão de fotoluminescência com filtros de borda.

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Os autores gostariam de reconhecer Allan Bracker e Daniel Gammon no Laboratório de Pesquisa Naval para fornecer as amostras em estudo. Este trabalho foi apoiado (em parte) pela Defense Threat Reduction Agency, Prêmio Pesquisa Básica # HDTRA1-15-1-0011, a Universidade da Califórnia-Merced.

Nota: O método descrito é específico para um software especial, apesar de outros pacotes de software pode ser utilizada em vez disso. 1. Preparação de Amostras e arrefecer <ol><li> Fabricar a amostra. <ol><li> Crescer a amostra, utilizando o método de crescimento Stranski-Krastanov através de epitaxia de feixe molecular, criando duas InAs / GaAs QDs auto-montadas verticalmente empilhadas que são separadas por uma barreira de túnel 4 nm como descrito anteriormente. 16 incorporar o QDs em uma estrutura de efeito de campo eléctrico (ou seja, do díodo de Schottky) permitindo para um campo eléctrico a aplicar aos QDMs 17. Nota: O uso de QDMs não é um requisito para o método. Além disso, os semicondutores de InAs / GaAs não são necessários, a técnica funcionará para QDMs QDs ou feitas a partir de qualquer combinação de semicondutores. </li><li> Fabricar as amostras de modo a que QDs individuais podem ser opticamente abordados. Fazer isso por qualquer adicionando uma máscara de abertura para o topo da amostra ou mendo uma amostra de baixa densidade com 10 8 QDs / cm2 ou menos, dependendo do tamanho do ponto focal. 18 </li></ol></li><li> Monte a amostra para o cabeçalho de chip. <ol><li> Aplicar uma liga que consiste em 50% de bismuto, 26,7% de chumbo, 13,3% de estanho e 10% de cádmio no cabeçalho da pastilha cerâmica. Aqueça o chip usando uma chapa quente até que a liga liquefaz. Coloque a parte inferior da amostra sobre a liga liquefeito ligá-la ao cabeçalho de chip. Nota: A base da amostra é um dos eléctrodos do díodo de Schottky e o ponto de solda ao cabeçalho chip é conectado a um pino. Outra alternativa para a fixação da amostra é condutora de prata epóxi. </li></ol></li><li> Aderem 40 g de fio de ouro a partir de um ponto (canto superior) da amostra a um pino no chip. <ol><li> Coloque uma gota de cola de prata sobre o canto superior da amostra e uma gota sobre uma das almofadas de pinos no chip. </li><li> Cuidadosamente colocar o fio de ouro nas duas gotas. Nota: A parte superior do tele amostra é o outro eléctrodo do díodo de Schottky que permite a aplicação de um campo eléctrico. </li></ol></li><li> Montar o chip e amostra no criostato e assegurar que a amostra tem bom contato térmico com o suporte de amostras de cobre. <ol><li> Aplicar a folha de índio entre o chip eo dedo frio do criostato. </li><li> Pressão de Montagem do chip para o dedo frio. Utilize dois parafusos com arruelas e aperte com firmeza para garantir um bom contacto térmico com o dedo frio de cobre do criostato. </li></ol></li><li> Prenda os fios dos pinos de chips que estão ligados a ambos os eléctrodos superior e inferior na amostra. Executar estas fios através do criostato para o medidor de fonte. Nota: O medidor fonte aplica-se uma polarização de eléctrodos da amostra, expondo as QDs a um campo eléctrico externo. </li><li> Evacuar e trazer a câmara de criostato e amostra a vácuo. Ligue a bomba turbo, evacuando a cerca de 10 -6 Torr em preparação para o arrefecimento do sample. Nota: O arrefecimento e controlo da temperatura para a experiência é realizada com o criostato que é composto de um refrigerador de ciclo fechado e uma câmara de amostras de microscopia em anexo. </li><li> Arranque do compressor do criostato. Permitir que o criostato para arrefecer o sistema até atingir a temperatura desejada. Nota: Para os resultados apresentados a temperatura era de cerca de 18 K. Uma vez que a amostra é arrefecida, a configuração está pronta para a instalação do sistema óptico que irá permitir a medição óptica para ser tomada. </li></ol> Setup 2. Optics Nota: Para todos criados procedimentos, execute o laser, medidor de origem, espectrômetro e CCD ou usando o software fornecido pelo fabricante ou outro programa personalizado. <ol><li> Para a coleta de PL, coloque uma longa distância de trabalho 50X microscópio lente objetiva e colimação em linha com a lente que foca o sinal PL para o espectrômetro. Recolhe-se o espectro através de uma 0,75 milímetrosonochromator onde o sinal é dispersa por uma 1.100 milímetros -1 ralar e detectado utilizando um azoto líquido arrefecido 1340 x 100 pixels câmara CCD. </li><li> Usando uma fonte de luz branca, iluminar a amostra. <ol><li> Focar a imagem da amostra através de uma câmara externa e o espectrómetro, alinhando correctamente a todas as ópticas do lado de detecção (ou seja, de colimação e de focagem de lente) e ao comprimento de onda de zero obter uma imagem focalizada da amostra limpa no CCD espectrómetro. Nota: É útil ter uma outra câmera de imagem externa para ajudar com o alinhamento e obter uma imagem nítida da amostra. </li></ol></li><li> Depois de lado a detecção é configurado, o foco do laser sobre a amostra. Concentre o ponto de feixe para o menor tamanho possível sobre a amostra, utilizando uma lente. Usar um diodo de laser sintonizável, com um intervalo de excitação que contém as energias de transição de estado terreno. Definir o incidente do laser para a amostra segundo um ângulo oblíquo. Uma vantagem de incidência oblíqua éque ajuda a se livrar de uma grande parte da luz laser dispersa. </li><li> Excitar a amostra a uma energia não-ressonante superior. Idealmente, fazer isso por emocionante em uma energia abaixo da camada de molhamento. Para os QDMs InAs / GaAs neste estudo o que corresponde a 75 meV ou mais acima as transições de estado do solo. </li><li> Execute o programa de aquisição de espectro no modo de foco. Digitalizar a amostra através do ponto de laser utilizando um estágio de translação XY, que está ligado ao invólucro amostra microscopia criostato. Faça isso até que o CCD espectrômetro de captura as linhas discretas das transições do estado fundamental. Centro de detecção em um dos QDMs. Nota: Uma vez que um QDM for encontrado, a configuração óptica está concluída. Para as amostras utilizadas as energias do estado fundamental são cerca de 1.300 meV. </li><li> Gerar um mapa de viés. <ol><li> Aplicar um potencial através do medidor de fonte (passo 1.5) ligados aos eléctrodos na amostra; isto aplica-se uma polarização através dos eléctrodos, por sua vez gerar um campo eléctrico ao QDMs. Nota: A escala de polarização aplicada à amostra é 0-2 V ao longo da estrutura do díodo de Schottky. Isto é, quando o dispositivo está em polarização inversa, e o campo eléctrico limita a quantidade de cargas no QDM permitindo os estados de carga individuais a ser visível. </li><li> Tome espectros individuais em valores de tensão incrementados diferentes, dependendo da resolução desejada isso normalmente varia de centésimos de milésimos de volt. Combinar estes espectros individuais em conjunto, utilizando um programa personalizado (por exemplo, LabView). Nota: O programa pode ser facilmente codificada usando uma grande variedade de diferentes programas de combinar as colunas do vetor do espectros individuais em uma matriz, na experiência apresentada esta foi adicionado para unir os dados em tempo real. <ol><li> Clique no botão de execução para ter um mapa viés. Isso leva espectros em um viés conjunto e torná-lo um vetor coluna, em seguida, adiciona cada espectros viés incrementado como outra coluna. Nota: Isto gera uma matri dadosx em que os valores de intensidade correspondem à intensidade PL, linhas representa a energia / comprimento de onda, e as colunas correspondem à tensão. O mapa de polarização deve ser visível, uma vez que está a ser executado, permitindo assim feedback ao vivo sobre a qualidade dos dados. Nota: Um mapa viés ajuda a identificar diferentes configurações de carga e dá a informação adequada para concluir a configuração de ambos a excitação e caminhos de detecção. </li></ol></li></ol></li><li> Identificar a transição que vai ser animado. Note-se a energia da transição e o intervalo de viés de interesse. <ol><li> Neste ponto decidir como a excitação de laser irá ser sintonizado através da transição. Há três opções diferentes para obter o laser para excitar na transição estado fundamental: <ol><li> Sintonizar a energia de transição pela temperatura. 18 </li><li> Use o deslocamento Stark da transição para alcançar ressonância com a energia do laser. 19 Nota: Um recurso interessante dos dois métodos mencionados acima is que uma fonte de laser sintonizável não é necessária, uma vez que as transições são QDM sintonizado através de uma energia do laser fixa. </li><li> Como alternativa, use uma fonte de laser ajustável, pisando as energias de laser através da transição. Um sinal de detecção irá estar presente quando o laser é ressonante com a transição, isto dá a medição sua resolução espectral limitado a laser. Este será o foco para o resto do protocolo. </li></ol></li></ol></li><li> Com a transição identificados e os parâmetros experimentais definido, selecione as duas energias de excitação e de detecção para a medição. <ol><li> Escolha da energia de excitação que o da transição. Escolha a detecção como a energia de transição animado menos a energia de fonão da óptico longitudinal (LO) associado com a liga de semicondutores. Usando esses valores, escolher os filtros passa borda adequadas para a medição; eles devem ter cortes no meio de excitação e de detecção de energias. Nota: Para a experimental resultados apresentados, a transição foi conduzido o neutro éxciton estado fundamental mostrada na Figura 3, observada a 1,301.7 meV e a emissão de fonão -1 LO está localizado na 1.266 MeV, correspondendo a 952,5 nm e 979,3 nm, respectivamente. Por isso, usar um filtro de 960 nm passe curto para a excitação e um filtro de passagem longa de 960 nm para a detecção. Interferência de filtros de corte são ideais para este fim, uma vez que pode ser ajustado ajustando o ângulo. </li></ol></li><li> Definir o laser para excitar a energia de transição de interesse, que é feito simplesmente introduzir o valor do comprimento de onda do laser desejado no campo de entrada apropriada no painel frontal do software de controlo do laser. </li><li> Definir o comprimento de onda central para o valor pré-determinado para controlar a emissão de fotões -1 LO inserindo o valor central do comprimento de onda desejado no campo de entrada apropriada no painel frontal do software de controlo do espectrómetro. Nota: A -1 emissão de fóton LO para InAs / GaAs é aproxoximately 36 meV abaixo a transição éxciton que será animado. </li><li> Usando o software da câmera, comece a coleção com o CCD, executando o software de aquisição de espectro em modo contínuo, clicando no botão modo de foco. Um sinal deve ser visível ou poderá ainda ser escondido pela dispersão laser. </li><li> Maximizar o sinal. Passo crítico: Sintonize a excitação filtro de passe curto, ajustando ligeiramente seu ângulo de modo que tenha o corte de comprimento de onda adequado. Nota: O ângulo óptimo é estabelecido através da monitorização do sinal durante o ajuste do ângulo do filtro de passagem curta. Ao alterar o ângulo do filtro, este muda de o comprimento de onda de corte. A chave é certificar-se que tanto a luz do laser possível é suprimida da coleção. </li></ol> Configuração de Medição 3. ressonância Quasi <ol><li> Definir parâmetros experimentais sobre os controles de computador usando a tela principal do software personalizado. Para fazer isso, iniciar o programa de coleta e clique em the Passo Polarization, Temp, ou guia WL. Isso define todos os valores experimentais e uma vez prazo, recolhe dados através dos vários parâmetros. Nota: Para os dados da nossa experiência levando todos os controles de computador foram personalizados programado. A chave é ter um software ou programa capaz de definir o comprimento de onda centro do espectrômetro, controlar o medidor de CCD e de origem, e passo a energia do laser através da transição durante a coleta de uma série de espectros em diferentes vieses. <ol><li> Entrada da gama de energia do laser estabelecido que o laser irá percorrer: a partir de cerca de 50 μeV acima da energia de transição éxciton neutro de 1,301.7 meV, a 50 μeV abaixo. Defina o comprimento de onda inicial para iniciar a digitalização usando o campo &quot;Desired WL (nm)&quot;. Defina o intervalo final do laser para escanear ( &quot;Motor Unit End&quot;). </li><li> Defina o intervalo de viés que o medidor de fonte irá percorrer clicando na aba &quot;Configurações de tensão&quot;. Defina o val viés começandoue ( &quot;Voltage Start (V)&quot;), o valor final bias &quot;Tensão End (V)&quot; e o tamanho do passo bias &quot;Passo Tensão (V)&quot;. Aqui, a faixa de viés digitalizada foi 1,68-1,82 V. </li><li> Input tempo a integração escolhida, clicando na aba &quot;Configurações de câmera&quot;. Defina o tempo de integração para o CCD em &quot;Exposure (s)&quot; (Consulte o passo 3.3). Selecione um tempo de integração razoável para o CCD. Experiência com o tempo de integração para obter um bom sinal. Quanto maior for o tempo de integração a melhor média de sinal que se pode obter 20. Nota: Os tempos de integração utilizados para a experiência foram de 10 seg. Mas, os tempos de integração podem ser tão baixos como 0,5 segundos, dependendo da intensidade do sinal de PL. Às vezes, não é sequer necessário para ver o sinal em exames individuais, mas em cima costurando os espectros juntos o somatório de dados mais a capacidade do olho para interpolar irá revelar as transições no mapa fotoluminescência de excitação (PLE). </li&gt; </ol></li></ol> 4. Aquisição de Dados <ol><li> Uma vez que os parâmetros experimentais são estabelecidos iniciar a experiência. Comece coleção clicando no botão de execução. Nota: Em cada energia do laser do software varia o viés tendo um espectro e um espectro de fundo. Isto é feito para cada etapa viés. Em seguida, a energia do laser é variada e o processo continua até que toda a gama escolhida é completa. </li><li> Pós-processar os dados. <ol><li> Tome as procuras em segundo plano adicionais que são tomadas no final de cada mapa viés e subtrair a média de cada uma das colunas diagonais. Use um programa de subtração de fundo, ou escrever um programa que leva as colunas fundo, médias-los juntos e subtraia este média espectros fundo de cada coluna viés na matriz de dados. Nota: Ver o arquivo de código suplementar para o programa usado em nosso laboratório. Nota: Isto remove outros sinais espúrios causados ​​por qualquer luz laser dispersa restante, muito improvando o mapa viés. </li></ol></li><li> Analisar os dados. <ol><li> Por exemplo, para extrair os parâmetros característicos da linha espectral usar um software de ajustamento matemático para executar um Lorentziana encaixe em cada fatia de polarização do mapa PL. 21 Uma vez que o procedimento de ajuste foi completado toda a informação será nos coeficientes da montagem, tais como a intensidade máxima, localização espectral e FWHM. </li></ol></li></ol>

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</ol>

Os autores não têm nada para revelar.

As instruções acima demonstram o método de espectroscopia de quase-ressonância assistida por fônons. Ao excitar em um estado discreto QD, pode-se monitorar a linha de emissão de fônons, alcançando altas resoluções. No exemplo fornecido, usando fônons, é possível até resolver a largura de linha limitada ao tempo de vida do éxciton neutro visível em experimentos. O método é fácil de incorporar em configurações de espectroscopia PL existentes. Como mencionado, uma vez que a energia da linha de transição desejada é identific...

De alta resolução é a chave para desvendar novos conhecimentos. Com este conhecimento, as novas tecnologias podem ser desenvolvidas, tais como sensores melhores, ferramentas de fabricação mais precisos e dispositivos computacionais mais eficientes. Gerar esta chave, no entanto, muitas vezes tem um alto custo de recursos, tempo ou ambos. Esse problema é onipresente em todas as escalas da física atômica de resolver as degenerescências levantadas de elétron gira à astronomia, onde um pequeno desvio espectral pode levar à detecção de planetas ao lado de estrelas distantes. 1,2,3 O foco deste trabalho é sobre como usar uma configuração espectrômetro padrão e mostrando como ele pode resolver características espectrais abaixo do seu limite de resolução, especialmente no que diz respeito ao campo da óptica de semicondutores. O exemplo apresentado é o de elétron-buraco anisotrópica (eh) desdobramento de câmbio em InAs / GaAs pontos quânticos (QDs), que é da ordem de alguns μeV. 4 o limite de resolução do espectrômetro cum ser superada através da combinação de técnicas de PL e espectroscopia a laser standard. Este método de fluorescência de quase-ressonância tem a vantagem de conseguir a laser limitada resolução utilizando um espectrómetro de estágio único comum. Um sistema de espectroscopia óptica padrão para espectroscopia QD PL única consiste em uma fase única 0,3-0,75 m monocromador e um dispositivo de carga (CCD) detector acoplado juntamente com uma fonte de laser de excitação e óptica. Um tal sistema é na melhor das hipóteses, capaz de resolver 50 μeV no espectro do infravermelho próximo por volta de 950 nm. Mesmo com a utilização de técnicas estatísticas e de desconvolução, tais uma única configuração monocromador não é capaz de resolver a menos de 20 μeV em medições PL. 5 Esta resolução pode também ser melhorada pela utilização de um espectrómetro de triplo, no modo de aditivo tripla, em que o espectro é sucessivamente dispersos por todos os três grades. O espectrómetro de tripla tem a vantagem de uma maior resolução, capaz de resolvercerca de 10 μeV. Numa configuração alternativa, o modo subtractivo triplo, as primeiras duas grelhas comportar-se como um filtro passa-banda, dando a característica adicional de ser capaz de separar a excitação e a detecção por menos do que 0,5 MeV. A desvantagem do espectrómetro tripla é que é um sistema dispendioso. Antes de apresentar o método de juros, discutimos brevemente outras abordagens experimentais que, com a complexidade adicional, conseguir uma melhor resolução espectral e são capazes de resolver a estrutura fina do QDs individuais. Elementos desses métodos são relevantes para o presente método. Um tal método é a adição de um interferómetro de Fabry-Perot (FPI) no caminho de detecção de um único espectrómetro de configuração. 6 Usando este método, a resolução é definida pela finura da FPI. Assim, a resolução do espectrômetro é melhorada a 1 μeV, ao custo de maior complexidade e menor intensidade de sinal. 7 O método interferômetro também altera o operati geralno do espectrómetro com a câmara CCD, tornando-se eficazmente um único detector de ponto, e a sintonia através de várias energias é conseguido através do ajuste da cavidade FPI si. ressonância de fluorescência (RF) espectroscopia, outro método onde uma única transição óptica é monitorizada tanto animado e também oferece a promessa de espectroscopia de alta resolução. A resolução espectral é limitado apenas pela largura de linha do laser e o mantém CCD como um detector multi-canal, em que não apenas um sensor é detectar o sinal, mas um número de pixels de CCD. Esta detecção multicanal é vantajoso em termos de média de sinal. O desafio na espectroscopia de RF é separar o sinal PL do fundo maior da luz laser dispersa, especialmente quando se mede a nível QD único. Um certo número de técnicas podem ser usadas para diminuir a proporção de sinal de luz laser dispersa, que envolvem tanto a polarização 8, 9 espacial ou temporal separação 10da de excitação e detecção. A primeira é usar polarizadores elevados de extinção para suprimir a luz dispersa, mas este método tem a perda de perda de informações polarização do PL. 8 Outro método possível obter fluorescência ressonância é para engenheiro de sistemas semicondutores que são acoplados a cavidades ópticas, onde o de excitação e detecção de caminhos são espacialmente separados. Isto elimina o problema de ter de resolver o sinal PL do grande fundo de laser. No entanto, este método está limitado a fabricação amostra intrincado que é em geral intensivo de recursos 9. Uma outra classe de métodos que também é capaz de resolver diferenças de energia que é hora de espectroscopia de laser puro, tal como a transmissão diferencial, que tem a vantagem de conseguir uma resolução limitada por laser com a informação completa de polarização. Este método normalmente requer lock-in de detecção para observar as mudanças minúsculas na transsinal missão em comparação com a da grande fundo de laser. 11 Ultimamente, os avanços na nanofabrication levaram a um aumento da fracção de luz laser que interage com o QD (s) para valores de até 20%, ou utilizando o sólido pareados por índice lentes de imersão ou incorporar os pontos em guias de onda de cristal fotônico. 12 Embora estes métodos têm a capacidade de atingir a energia de alta resolução, que vêm com o custo de equipamento caro, fabricação amostra complexa e perda de informação. O método neste trabalho combina elementos desses três métodos sem aumentar a complexidade em instrumentação ou fabricação de exemplo para uma configuração normal PL. Um trabalho recente mostrou que com um sistema de espectrômetro de triple no modo subtrativo, é possível visualizar a estrutura fina camisola-tripleto no espectro de transição de dois fótons de uma molécula de ponto quântico (QDM). 13 A divisão de energia envolvido na ordemde algumas dezenas de μeV foram resolvidos utilizando um modo subtractivo tripla, o que permitiu que as transições para excitar e detectar ressonantemente dentro de menos do que um meV. A informação espectral foi extraído por meio do monitoramento abaixo a transição usando fônons acústicos e outras transições exciton-encontrando-se inferiores. Este método também pode ser aplicada para resolver o anisotrópica eh divisão troca e ainda a largura de linha limitado no tempo de vida da transição éxciton de 8 μeV e 4 μeV, respectivamente, como pode ser visto na Figura 1. Semelhante a este resultado, este papel vai focar um simples espectrómetro configuração que irá incorporar muitas das vantagens que os outros métodos de alta resolução possuem. Além disso, o CCD permanecerá como um detector multi-canal. A configuração experimental também pode ser mantido relativamente barata em relação a outros métodos de espectroscopia de alta resolução e tem a vantagem adicional de ser facilmente modificadas para obter medições de correlação de ponto único. Ao contrário do usin resultadog fonões acústicos e um espectrómetro de triplo, a tecla subjacente é fazer uso do satélite LO-fonão associada com os semicondutores e ligas relacionadas que constituem amostras de semicondutores. A energia de separação entre o satélite LO-fonão e a linha-fonão zero (ZPL) é da ordem de dezenas de megavolts para as amostras, permitindo a utilização de um espectrómetro de fase única. 14 Esta separação de energia permite o uso da quase proposto método de espectroscopia -resonance por ressonantemente dirigir uma transição e monitoramento abaixo da excitação por uma energia igual a um fônon LO. Esta técnica é análoga à de PL excitação onde uma excita em uma transição animado e monitora a transição do estado fundamental. 15 A separação entre a transição estar animado e o do satélite LO-fonão permite o uso de filtros de passagem de borda para suprimir o elasticamente espalhados luz. Este método de usar o satélite phonon permite a resolução limitada largura de linha do laser, Desde ressonantemente excitante a transição é normalmente o único momento em que a emissão de LO-fonão satélite torna-se visível.

<table><tbody><tr><td>Laser de diodo sintonizável DL pro</td><td>Toptica Photonics</td><td>DL Pro</td><td></td></tr><tr><td>Sistema de geladeira livre de criogênio de ciclo fechado para microscopia</td><td>Cryo Industries of America Inc.</td>Medidor de Fonte <td>Cryocool G2</td><td></td></tr><tr><td></td><td>Keithley&nbsp;</td><td>2611a</td><td></td></tr><tr><td>50X Mitutoyo Plan Apo NIR Objetivo Corrigido Infinito</td><td>Mitutoyo America Corporation</td><td>378-825-5</td><td></td></tr><tr><td>Turbo pump</td><td>Pfeiffer Vacuum</td><td>HiPace 80</td><td></td></tr><tr><td>NIR revestido Espelhos&nbsp;</td><td>Polarizadores Thor labs</td><td>BB1-E03</td><td></td></tr><tr><td>&nbsp;</td><td>Thorlabs</td><td>LPNIR050-MP</td><td></td></tr><tr><td>200&nbsp; mm Lente acromática revestida com AR&nbsp;</td><td>Thorlabs</td><td>AC254-200-B-ML</td><td></td></tr><tr><td>100&nbsp; mm Lente acromática revestida com AR&nbsp;</td><td>Filtro de passagem longa Thorlabs</td><td>AC254-100-B-ML</td><td></td></tr><tr><td>960</td><td>Thorlabs</td><td>960aelp</td><td></td></tr><tr><td>960 Filtro de passagem curta</td><td>Thorlabs</td><td>960aesp</td><td></td></tr><tr><td>Retardador de Cristal Líquido</td><td>Variável Meadowlark Optics</td><td>LVR-100</td><td></td></tr><tr><td>0.75&nbsp; m Espectrômetro Acton SpectraPro</td><td>Princeton Instruments</td><td>Trivista</td><td></td></tr><tr><td>Câmera Refrigerada a Nitrogênio Líquido&nbsp;</td><td>Câmera Externa Princeton Instruments</td><td>7508-0002</td><td></td></tr><tr><td></td><td>Watec</td><td>Wat-902H</td><td>Ultimate Opcional</td></tr><tr><td>Ostoalloy</td><td>Lake Shore Cryotronics</td><td>Ostalloy 158</td><td></td></tr><tr><td>Fio de Ouro (40 gauge)</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>Program Software&nbsp;</td><td>Instrumentos Nacionais&nbsp;</td><td>LabView</td><td></td></tr></tbody></table>

-ressonância quasi alta resolução phonon assistida espectroscopia de fluorescência

High Resolution Phonon-assisted Quasi-resonance Fluorescence Spectroscopy

Alta resolução de métodos de espectroscopia óptica são exigentes em termos de qualquer tecnologia, equipamentos, complexidade, tempo ou uma combinação destes. Aqui demonstramos um método de espectroscopia óptica que é capaz de resolver características espectrais além do que a estrutura fina rotação e largura de linha homogênea de solteiro pontos quânticos (QDs) usando um padrão, a instalação do espectrômetro de easy-to-use. Este método incorpora tanto a laser e espectroscopia de fotoluminescência, que combina a vantagem da resolução limitada do laser linha de largura com detecção de fotoluminescência multi-canal. Tal esquema permite a melhoria considerável da resolução sobre o de um espectrômetro de estágio único comum. O método utiliza fonões para auxiliar na medição da luminescência de um único ponto quântico após excitação ressonante da sua transição de estado terreno. diferença de energia do phonon permite separar e filtrar a luz do laser excitante do ponto quântico. Uma fe vantajosaature deste método é a sua integração para a frente em linha reta em configurações de espectroscopia padrão, que são acessíveis para a maioria dos pesquisadores.

Os resultados apresentados nas figuras mostram as capacidades de alta resolução utilizando de fonões para ajudar na medição de PL. O esquema (Figura 2) mostra que, com a excepção dos filtros de passagem de borda sobre tanto de excitação e detecção, a configuração continua a ser uma configuração experimental espectroscopia padrão, com a adição opcional de controle de polarização. A comparação com uma simples e triplo espectrômetro (Figura. 3) retrata gran...

O manuscrito descreve um método de espectroscopia de fluorescência quase-ressonante assistida por fônons que incorpora espectroscopia de resolução limitada a laser e espectroscopia de fotoluminescência (PL). Este método utiliza fônons ópticos para fornecer espectros de resolução limitada por largura de linha de estruturas semicondutoras semelhantes a átomos no domínio da energia. O método também é facilmente realizado com uma configuração de espectroscopia óptica de espectrômetro único.

-Ressonância Quasi alta resolução Phonon assistida espectroscopia de fluorescência

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

O objetivo geral da Espectroscopia de Fluorescência Quase-resonante Assistida por Fônons é alcançar uma resolução limitada pela largura de linha do laser em espectros ópticos de estruturas semicondutoras semelhantes a átomos, utilizando uma configuração padrão de espectroscopia fotoluminescente. Este método facilita o estudo em espectroscopia óptica de semicondutores relacionado a sistemas de dimensão zero, como pontos quânticos, centros nitrogênio-vacância em diamante e defeitos no carbeto de silício. A principal vantagem dessa técnica é a capacidade de obter espectros ópticos de alta resolução de características energéticas inferiores a 10 microelétron-volts, mantendo ao mesmo tempo a informação de polarização. As implicações dessa técnica ampliam o poder da espectroscopia óptica devido à sua capacidade de obter espectros ópticos de alta resolução. Pessoas novas no método terão dificuldades para encontrar o sinal. O maior desafio é usar um único espectrômetro e um filtro de extinção para eliminar a luz espúria do laser.Inicie com o material ou dispositivo que será utilizado no experimento. Este dispositivo possui moléculas de pontos quânticos montadas sobre um chip. Uma visão geral das moléculas de pontos quânticos é apresentada neste esquema.Existem duas camadas de pontos quânticos de arseneto de índio embutidas entre as camadas de arseneto de gálio. Cada ponto quântico pode ser endereçado opticamente. As moléculas de pontos quânticos estão na região intrínseca de um diodo Schottky, permitindo a aplicação de um campo elétrico.O primeiro passo é montar o dispositivo no dedo frio do criostato para resfriamento. Antes de montar o chip no dedo frio, aplique uma folha de índio para que o chip repouse sobre ela. Em seguida, posicione o chip em cima da folha.Use parafusos e arruelas em cada extremidade do dispositivo para apertá-lo firmemente ao dedo frio e garantir um bom contato térmico. Em seguida, conecte os fios eletrodos do dispositivo aos contatos no criostato que se ligam a um medidor de fonte. Agora, monte o criostato em uma plataforma de translação XYZ e torne a amostra acessível a sondas ópticas.Neste caso, a fase de tradução já está no caminho óptico do experimento. Evacue o criostato antes de resfriá-lo até a temperatura desejada. Uma vez que a amostra tenha esfriado, comece a trabalhar com os elementos ópticos.Para a fotoluminescência, utilize uma objetiva de longa distância de trabalho e uma lente de colimação acopladas para captar a luz proveniente da amostra. A seguir, use espelhos para direcionar a luz a um espectrômetro de estágio único. Empregue uma câmera CCD refrigerada a nitrogênio para detectar os espectros.Neste experimento, utilizamos a última etapa de um espectrômetro triplo. Para fins de alinhamento, monte uma fonte de luz branca próxima à amostra. Ilumine a amostra com a fonte antes de prosseguir.Utilize uma câmera separada para capturar a imagem da amostra no espectrômetro. Na bancada, trabalhe para alinhar corretamente as lentes colimadoras e focadoras, a fim de tornar nítida a imagem da amostra. Conclua os esforços de alinhamento somente quando aparecer uma imagem limpa e focada na câmera.Após remover a fonte de luz, prepare um laser para excitar a amostra. Utilize um laser de diodo ajustável configurado em uma energia acima das transições do estado fundamental. Direcione o laser sobre a amostra em um ângulo oblíquo para reduzir a detecção de luz dispersa.Utilize uma lente para focalizar o ponto do feixe no menor tamanho possível na região capturada pela câmera. Um esquema fornece uma visão geral da montagem neste ponto. Observe o ângulo oblíquo da luz do laser na amostra para redução de ruído.Use o laser para excitar um nível energético mais alto, não ressonante, e execute o software de aquisição de espectro no modo de foco para observar o sinal. Utilize o estágio de translação da amostra para escanear a amostra através do ponto focal do laser. Quando a CCD captar as linhas discretas das transições do estado fundamental, interrompa o escaneamento.Concentre-se em uma única molécula de ponto quântico e otimize o sinal ajustando finamente a posição do feixe a laser. O próximo passo é gerar um mapa de polarização usando o software de controle lap. O software aplica primeiramente um potencial de polarização através dos eletrodos da amostra com um medidor de fonte.Em seguida, registra o espectro associado a esse valor de Polarização. O mapa é gerado aumentando o potencial de Polarização em intervalos regulares, registrando o espectro de energia em cada valor de Polarização e utilizando os dados para produzir esta representação. Dado um mapa de Polarização, identifique a transição que será excitada.Observe a energia de transição e a faixa de polarização de interesse. Nesta figura, a transição é percorrida por meio da varredura da temperatura da amostra. Um sinal de detecção estará presente quando o laser estiver em ressonância com a transição.Use a transição escolhida para determinar os filtros de borda para a configuração óptica. A energia de transição justifica um filtro de passagem curta de 960 nanômetros para o ramo de excitação. Uma energia de emissão de fônon óptico longitudinal para a liga semicondutora justifica um filtro de passagem longa de 960 nanômetros para o ramo de detecção.O tipo de filtro na configuração pode facilitar as etapas posteriores. Filtros de corte por interferência são ideais porque podem ser ajustados ao modificar o ângulo. No computador, defina a energia de excitação do laser e a frequência central da fônons ópticos longitudinais menos um.Inicie o CCD, coletando espectros em modo contínuo. O sinal pode estar oculto pelo espalhamento neste momento. Para maximizar o sinal, retorne à bancada.Lá, ajuste o filtro de passagem curta regulando seu ângulo para obter o comprimento de onda de corte adequado. Monitore o sinal para obter feedback e determinar o melhor ângulo. No software de controle do laboratório, configure a energia do laser para varrer uma faixa centrada na energia de transição e defina a faixa de tensões de polarização a ser varrida.Este mapa de polarização foi criado ajustando a energia do laser e variando a polarização ao longo de sua faixa para coletar um espectro, repetindo então esse procedimento em toda a faixa de energias do laser. Ao coletar simultaneamente dados do fundo, os dois conjuntos de dados podem ser utilizados durante o pós-processamento para remover sinais espúrios e criar uma imagem aprimorada. Como mostrado nestes esquemas, a configuração experimental para o método de espectroscopia assistida por fônons é quase idêntica à da espectroscopia padrão.A única diferença é a presença de filtros de borda nos dois caminhos do feixe, de detecção e de excitação, no método assistido por fônons. Para comparar esta técnica com outras, considere a resolução de um exciton neutro. Esses dados são provenientes de um único espectrômetro com excitação não residente em torno de 918 nanômetros.A resolução espectral é de cerca de 26 micro-elétrons-volts por pixel, e a separação por troca entre elétron e lacuna não pode ser resolvida. Quando a mesma região espectral é estudada com um espectrômetro em modo triplo aditivo, a resolução é de cerca de 10 micro-elétrons-volts. A separação entre elétron e lacuna começa a ser resolvida.Utilizando o método de Espectroscopia Assistida por Fônons Quasi-ressonantes na mesma região espectral, a resolução é limitada pelo laser, proporcionando uma resolução melhor que um micro-elétron-volt, e os dois picos são bem resolvidos. A curva vermelha é o resultado de um ajuste com dupla função de Lorentz. Isso sugere uma divisão de troca eletron-lacuna isotrópica de aproximadamente 23,3 micro-elétron-volts.Uma vez dominada, esta técnica pode ser realizada em algumas horas. Ao tentar este procedimento, é importante lembrar que, após obter o sinal de fotoluminescência, a chave para um bom espectro é ser capaz de separar o laser da fotoluminescência. Após este procedimento, outras adições podem ser feitas à montagem, como a inclusão de analisadores de polarização nos caminhos de excitação e detecção.Após seu desenvolvimento, esta técnica abriu caminho para pesquisadores na área da Física de Semicondutores explorarem mais profundamente sistemas de dimensão zero, como pontos quânticos. Após assistir a este vídeo, você deverá ter uma compreensão muito clara de como utilizar o método de Espectroscopia de Fluorescência Quase-Ressonante Assistida por Fônons para obter espectros ópticos de altíssima resolução de sistemas sólidos semelhantes a átomos. Não se esqueça de que trabalhar com lasers pode ser extremamente perigoso, e precauções, como o uso adequado de equipamentos de segurança, devem ser adotadas em todos os momentos durante a realização desses experimentos.

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Research

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Engineering

Engenharia

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