Abstract
métodos de espectroscopía óptica de alta resolución son exigentes en términos de cualquiera de tecnología, el equipo, la complejidad, el tiempo o una combinación de éstos. Aquí se demuestra un método de espectroscopia óptica que es capaz de resolver características espectrales más allá de la de la estructura fina de giro y anchura de línea homogénea de puntos cuánticos individuales (puntos cuánticos) utilizando un estándar, la configuración espectrómetro fácil de usar. Este método incorpora tanto láser y espectroscopia de fotoluminiscencia, que combina la ventaja de la resolución limitada láser de línea de ancho con detección de fotoluminiscencia multicanal. Tal esquema permite una mejora considerable de la resolución sobre la de un espectrómetro común de una sola etapa. El método utiliza fonones para ayudar en la medición de la fotoluminiscencia de un solo punto cuántico después de la excitación de resonancia de su transición de estado fundamental. La diferencia de energía del fonón permite separar y filtrar la luz láser excita el punto cuántico. Una Fe ventajosatura de este método es su recta hacia adelante en la integración de espectroscopia configuraciones estándar, que son accesibles a la mayoría de los investigadores.
Introduction
Alta resolución es la clave para desbloquear nuevos conocimientos. Con este conocimiento, las nuevas tecnologías pueden desarrollarse como mejores sensores, herramientas de fabricación más precisos, y dispositivos computacionales más eficientes. La generación de esta clave, sin embargo, a menudo se produce en un alto costo de los recursos, el tiempo o ambos. Este problema es omnipresente en todas las escalas de la física atómica de la resolución de las degeneraciones levantadas de electrones hace girar a la astronomía, donde un pequeño desplazamiento espectral puede conducir a la detección de planetas junto a estrellas distantes. 1,2,3
El objetivo de este trabajo es en el uso de una configuración de espectrómetro estándar y que muestra cómo se puede resolver características espectrales por debajo de su límite de resolución, especialmente en relación con el campo de la óptica de semiconductores. El ejemplo que se presenta es la de anisotrópico electrón-hueco (eh) de división de cambio en los puntos cuánticos de InAs / GaAs (QDs), que está en el orden de unos pocos μeV. 4 El límite de resolución del espectrómetro de cun ser superados mediante la combinación de técnicas estándar PL y espectroscopia láser. Este método de fluorescencia de resonancia cuasi tiene la ventaja añadida de lograr una resolución limitada de láser usando un espectrómetro de una sola etapa común.
Un sistema de espectroscopia óptica estándar para la espectroscopia solo QD PL consiste en una sola etapa 0,3 hasta 0,75 m monocromador y un dispositivo de carga acoplada (CCD) detector junto con una fuente de láser de excitación y la óptica. Tal sistema es, en el mejor capaz de resolver 50 μeV en el espectro del infrarrojo cercano alrededor de 950 nm. Incluso con el uso de técnicas estadísticas y de deconvolución, una sola configuración tal monocromador no es capaz de resolver de menos de 20 μeV en las mediciones de PL. 5 Esta resolución también se puede mejorar mediante el uso de un espectrómetro de triple, en el modo de aditivo triple, en el que el espectro es sucesivamente se dispersa por todas las tres rejillas. La triple espectrómetro tiene la ventaja de una mayor resolución, capaz de resolveralrededor de 10 μeV. En una configuración alternativa, el modo sustractivo triple, las dos primeras rejillas se comportan como un filtro de paso de banda, dando la característica añadida de ser capaz de separar la excitación y detección por menos de 0,5 MeV. El inconveniente de la triple espectrómetro es que es un sistema costoso.
Antes de presentar el método de interés, se discute brevemente otros enfoques experimentales que, con la complejidad añadida, lograr una mejor resolución espectral y son capaces de resolver la estructura fina de los puntos cuánticos individuales. Los elementos de estos métodos son relevantes para el método presentado. Uno de tales métodos es la adición de un interferómetro de Fabry-Perot (FPI) en la trayectoria de detección de una configuración de un solo espectrómetro. 6 Usando este método, la resolución se ajusta por la finura de la FPI. Por lo tanto, la resolución del espectrómetro se mejora a 1 μeV, a costa de la complejidad añadida y la intensidad de señal inferior. 7 El método interferómetro también cambia la operati generalen del espectrómetro con la cámara CCD, convirtiéndose efectivamente un detector de punto único, y la puesta a punto a través de varias energías se consigue ajustando la propia cavidad FPI.
fluorescencia Espectroscopia de Resonancia (RF), otro método en el que una sola transición óptica es a la vez excitado y controlado también ofrece la promesa de la espectroscopia de alta resolución. La resolución espectral sólo está limitado por el ancho de línea láser y mantiene el CCD como detector multi-canal, donde no sólo un sensor está detectando la señal pero un número de píxeles del CCD. Esta detección multicanal es ventajoso en términos de promedio de la señal. El reto en la espectroscopia de RF está separando la señal de PL del fondo más grande de la luz láser dispersada, especialmente cuando se mide a nivel QD solo. Una serie de técnicas se pueden utilizar para disminuir la relación de señal a la luz láser dispersada, que implican cualquiera de polarización 8, 9 separación espacial o temporal 10de la excitación y de detección. La primera es el uso de polarizadores altos de extinción para suprimir la luz dispersada, pero este método tiene el resultado desfavorable de perder información polarización de la PL. 8 Otro método posible la obtención de fluorescencia de resonancia es diseñar sistemas de semiconductores que se acoplan a las cavidades ópticas donde el de excitación y de detección caminos están separados espacialmente. Esto elimina el problema de tener que resolver la señal de PL de la gran fondo láser. Sin embargo, este método se limita a la fabricación intrincado muestra que es en general de recursos intensivos. 9
Otra clase de métodos que también es capaz de resolver diferencias de energía hora es la de espectroscopia láser puro, como la transmisión diferencial, que tiene el beneficio de lograr la resolución láser limitada con la información completa de polarización. Este método requiere normalmente el lock-in de detección para observar los cambios minúsculos en el transseñal misión comparación con la de la gran fondo láser. 11 Últimamente, los avances en la nanofabricación han conducido a un aumento de la fracción de la luz láser que interacciona con el QD (s) a valores de hasta 20%, ya sea usando el índice de concordancia sólida las lentes de inmersión o la incrustación de los puntos en guías de onda de cristal fotónico. 12
A pesar de que estos métodos tienen la capacidad para conseguir una resolución de alta energía, que vienen a costa de un equipo costoso, fabricación de muestras complejas y la pérdida de información. El método en este trabajo combina elementos de estos tres métodos sin añadir complejidad en la fabricación de instrumentación o la muestra a una configuración regular de PL.
Trabajos recientes han demostrado que con un sistema de espectrómetro de triple en el modo de sustracción, es posible visualizar la estructura fina singlete-triplete en el espectro de transición de dos fotones de una molécula de punto cuántico (QDM). 13 El desdoblamiento energía involucrada en el ordende unos pocos a decenas de μeV se resolvieron usando un modo sustractivo triple, lo que permitió para excitar las transiciones resonante y detectar en menos de un MeV. La información espectral se extrajo mediante el control de debajo de la transición mediante fonones acústicos y otras transiciones excitón-bajos mentira. Este método también se puede aplicar para resolver el anisotrópico eh división de cambio e incluso el ancho de línea de vida limitada de la transición de excitones de 8 μeV y 4 μeV, respectivamente, como se ve en la Figura 1. Similares a este resultado, en este documento se centrará en un simple espectrómetro de configuración que incorporará muchas de las ventajas que poseen los otros métodos de alta resolución. Además, el CCD se mantendrá como un detector multicanal. El montaje experimental también puede ser mantenido bastante barato con respecto a otros métodos de espectroscopia de alta resolución y tiene la ventaja añadida de ser modificado fácilmente para conseguir mediciones punto de correlación individuales. A diferencia del resultado using fonones acústicos y un espectrómetro de triple, la clave subyacente es hacer uso del satélite LO-fonón asociado con los semiconductores y aleaciones relacionadas que componen muestras de semiconductores. La separación de energía entre el satélite LO-fonón y la línea de cero fonones (ZPL) es del orden de decenas de meV para estas muestras, lo que permite el uso de un espectrómetro de una sola etapa. 14 Esta separación de energía permite el uso de la cuasi propuesto método de espectroscopía -resonance por resonante conducir una transición y seguimiento por debajo de la excitación por una energía igual a un fonón lO. Esta técnica es análoga a la de PL de excitación donde uno excita en una transición excitado y controla la transición de estado fundamental. 15 La separación entre la transición de ser excitado y la del satélite LO-fonón permite el uso de filtros de paso de borde para suprimir la elásticamente luz dispersa. Este método de usar el satélite de fonones permite la resolución limitada anchura de línea láser, Ya resonante emocionante la transición es normalmente el único momento en que la emisión de fonones LO-satélite se hace visible.
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Protocol
Nota: La metodología descrita es específico de un software particular, aunque otros paquetes de software pueden ser utilizados en su lugar.
1. Preparación de la muestra y enfriar
- Fabricar la muestra.
- Crecer la muestra, utilizando el método de crecimiento Stranski-Krastanov a través de epitaxia de haces moleculares creando dos InAs / GaAs puntos cuánticos autoensambladas apiladas verticalmente que están separados por una barrera túnel de 4 nm, como se ha descrito anteriormente. 16 Integrar los puntos cuánticos en una estructura de efecto de campo eléctrico (es decir, el diodo Schottky) lo que permite un campo eléctrico que se aplicará a los QDMs. 17
Nota: El uso de QDMs no es un requisito para el método. Además, los semiconductores InAs / GaAs no son necesarios, la técnica funcionará para QDMs o puntos cuánticos hechos de cualquier combinación de semiconductores. - Fabricar las muestras de manera que los puntos cuánticos individuales se pueden abordar de forma óptica. Para ello, o bien la adición de una máscara de apertura a la parte superior de la muestra o making una muestra de baja densidad con 10 8 puntos cuánticos / cm 2 o menos dependiendo del tamaño del punto focal. 18
- Crecer la muestra, utilizando el método de crecimiento Stranski-Krastanov a través de epitaxia de haces moleculares creando dos InAs / GaAs puntos cuánticos autoensambladas apiladas verticalmente que están separados por una barrera túnel de 4 nm, como se ha descrito anteriormente. 16 Integrar los puntos cuánticos en una estructura de efecto de campo eléctrico (es decir, el diodo Schottky) lo que permite un campo eléctrico que se aplicará a los QDMs. 17
- Montar la muestra en el encabezado del chip.
- Aplicar una aleación que consta de 50% de bismuto, 26,7% de plomo, 13,3% de estaño, y 10% de cadmio en la cabecera de chip de cerámica. Calentar el chip usando una placa caliente hasta que la aleación se licua. Coloque la parte inferior de la muestra en la aleación licuado lo conecta a la cabecera de chip.
Nota: La parte inferior de la muestra es uno de los electrodos del diodo Schottky y el punto de soldadura a la cabecera de chips está conectado a un pin. Otra alternativa para la fijación de la muestra es conductor epoxi plata.
- Aplicar una aleación que consta de 50% de bismuto, 26,7% de plomo, 13,3% de estaño, y 10% de cadmio en la cabecera de chip de cerámica. Calentar el chip usando una placa caliente hasta que la aleación se licua. Coloque la parte inferior de la muestra en la aleación licuado lo conecta a la cabecera de chip.
- Se adhieren 40 alambre de oro G desde un punto (esquina superior) de la muestra a un pasador en el chip.
- Coloque una gota de epoxi de plata en la esquina superior de la muestra y una gotita en una de las pastillas de pines en el chip.
- Con cuidado, colocar el cable de oro en los dos gotitas.
Nota: La parte superior de tél de la muestra es el otro electrodo del diodo Schottky que permite la aplicación de un campo eléctrico.
- Montar el chip y la muestra en el criostato y asegurar que la muestra tiene un buen contacto térmico con el soporte de muestras de cobre.
- Aplicar lámina de indio entre el chip y el dedo frío del criostato.
- de presión montados en el chip para el dedo frío. Utilice dos tornillos con arandelas y apriete firmemente para asegurar un buen contacto térmico con el cobre dedo frío del criostato.
- Una los cables de las clavijas de chips que están conectados a ambos de los electrodos superior e inferior en la muestra. Ejecutar estos cables a través del criostato a la fuente metros.
Nota: El metro fuente se aplica una polarización a los electrodos de la muestra, la exposición de los puntos cuánticos a un campo eléctrico externo. - Evacuar y llevar la cámara del criostato y la muestra a vacío. Arrancar la bomba turbo, evacuando a aproximadamente 10 -6 Torr en preparación para el enfriamiento de la samPLE.
Nota: de refrigeración y control de temperatura para el experimento se lleva a cabo con el criostato que se compone de un refrigerador de ciclo cerrado y una cámara de muestra de microscopía adjunto. - El arranque del compresor del criostato. Permitir que el criostato para enfriar el sistema hasta alcanzar la temperatura deseada.
Nota: Para obtener los resultados que se presentan la temperatura era de aproximadamente 18 K. Una vez que se enfría la muestra, la configuración está lista para la instalación de la óptica que permitirán la medición óptica que deban tomarse.
2. Configuración de Óptica
Nota: Para todo listo procedimientos, ejecute el láser, medidor de la fuente, y el espectrómetro CCD, ya sea usando el software proporcionado por el fabricante u otro programa personalizado.
- Para la recolección de PL, colocar una gran distancia de trabajo del microscopio 50X lente objetivo y colimación en línea con la lente que enfoca la señal de PL en el espectrómetro. Recoger el espectro a través de un 0.75 mmonochromator donde la señal se dispersa por un 1,100 mm -1 rejilla y detecta usando un nitrógeno líquido enfriado 1340 x 100 píxeles cámara CCD.
- El uso de una fuente de luz blanca, iluminar la muestra.
- Enfoque la imagen de la muestra a través de una cámara externa y el espectrómetro alineando adecuadamente los toda la óptica en el lado de detección (es decir, la colimación y la lente de enfoque) y en la longitud de onda cero obtener una imagen enfocada de la muestra limpia en el CCD espectrómetro.
Nota: Es útil tener otra cámara de imagen externa para ayudar con la alineación y conseguir una imagen nítida de la muestra.
- Enfoque la imagen de la muestra a través de una cámara externa y el espectrómetro alineando adecuadamente los toda la óptica en el lado de detección (es decir, la colimación y la lente de enfoque) y en la longitud de onda cero obtener una imagen enfocada de la muestra limpia en el CCD espectrómetro.
- Cuando el sistema de detección está configurado, enfocar el láser sobre la muestra. Enfoque el punto del haz con el tamaño más pequeño posible en la muestra mediante el uso de una lente. Utilizar un láser de diodo sintonizable con un rango de excitación que contiene las energías de transición de estado fundamental. Ajuste el incidente de láser para la muestra en un ángulo oblicuo. Una ventaja de incidencia oblicua esque ayuda a deshacerse de una gran parte de la luz láser dispersada.
- Excitar la muestra a una energía no resonante superior. De manera óptima, hacer esto por medio de estimular a una energía por debajo de la capa de humectación. Para los QDMs InAs / GaAs en este estudio corresponde a 75 MeV o más por encima de las transiciones de estado fundamental.
- Ejecutar el software de adquisición de espectro en el modo de enfoque. Analiza la muestra a través del punto de láser utilizando una etapa de traducción XY que está unido a la carcasa de la muestra microscopía criostato. Haga esto hasta que el espectrómetro de CCD capta las líneas discretas de las transiciones en el estado fundamental. Centrar la detección en una de las QDMs.
Nota: Una vez que se encuentre una QDM, la configuración óptica se ha completado. Para las muestras utilizadas las energías del estado fundamental son alrededor de 1,300 MeV. - Generar un mapa de sesgo.
- Aplicar un potencial a través de la fuente de metros (paso 1.5) conectado a los electrodos en la muestra; esto se aplica una polarización a través de los electrodos a su vez la generación de un campo eléctrico a la QDMs.
Nota: El rango de polarización aplicada a la muestra es 0-2 V a través de la estructura de diodos Schottky. Esto es cuando el dispositivo está en polarización inversa, y el campo eléctrico limita la cantidad de cargos en el QDM teniendo en cuenta los estados de carga individuales a ser visible. - Tome espectros individuales en diferentes valores de tensión incrementados, dependiendo de la resolución deseada esto normalmente oscila entre centésimas de milésimas de voltio. La combinación de estos espectros individuales juntos mediante el uso de un programa personalizado (por ejemplo, LabView).
Nota: El programa se puede codificar fácilmente usando una amplia gama de diferentes programas para combinar las columnas del vector de los espectros individuales en una matriz, en el experimento presentado esta se ha añadido en para coser juntos los datos, en tiempo real.- Haga clic en el botón de ejecución para tener un mapa sesgo. Esto lleva a una polarización espectros set y lo convierten en un vector columna, a continuación, agrega cada espectros sesgo incrementado como otra columna.
Nota: Esto genera un matri de datosx donde los valores de intensidad corresponden a la intensidad PL, filas representa la energía / longitud de onda, y las columnas corresponden a tensión. El mapa de polarización debe ser visible a medida que se ejecuta, lo que permite la regeneración en directo en la calidad de los datos.
Nota: Un mapa sesgo ayuda a identificar diferentes configuraciones de carga y proporciona la información adecuada para completar la configuración tanto de la excitación y de detección de caminos.
- Haga clic en el botón de ejecución para tener un mapa sesgo. Esto lleva a una polarización espectros set y lo convierten en un vector columna, a continuación, agrega cada espectros sesgo incrementado como otra columna.
- Aplicar un potencial a través de la fuente de metros (paso 1.5) conectado a los electrodos en la muestra; esto se aplica una polarización a través de los electrodos a su vez la generación de un campo eléctrico a la QDMs.
- Identificar la transición que va a ser excitado. Tenga en cuenta la energía de la transición y el rango de sesgo de interés.
- En este punto, decidir cómo la excitación láser se sintonizará a través de la transición. Hay tres opciones diferentes para obtener el láser para excitar la transición en estado fundamental:
- Sintonizar la energía de transición por la temperatura. 18
- Usa el cambio Stark de la transición para lograr resonancia con la energía del láser. 19
Nota: Una característica interesante de los dos métodos mencionados anteriormente is que no se necesita una fuente de láser sintonizable, ya que las transiciones QDM se sintonizan a través de una energía láser fijo. - Como alternativa, utilice una fuente de láser sintonizable, paso a paso las energías láser a través de la transición. Una señal de detección estará presente cuando el láser es resonante con la transición, esto da la medida de su resolución espectral limitada láser. Este será el tema central para el resto del protocolo.
- En este punto, decidir cómo la excitación láser se sintonizará a través de la transición. Hay tres opciones diferentes para obtener el láser para excitar la transición en estado fundamental:
- Con la transición identifica y establece los parámetros experimentales, seleccione ambas energías de excitación y detección de la medición.
- Elige la energía de excitación como la de la transición. Elige la detección como la energía de la transición excitado menos la energía del fonón longitudinal óptico (LO) asociado con la aleación de semiconductores. Utilizando estos valores, elegir los filtros de paso de borde adecuados para la medición; deben tener puntos de corte entre las energías de excitación y detección.
Nota: Para el experimresultados entales presentan, la transición impulsado fue el excitón estado fundamental neutral mostrada en la figura 3, observado a 1,301.7 MeV y la emisión de fonones -1 LO se encuentra en 1266 meV, correspondiente a 952,5 nm y 979,3 nm, respectivamente. Por lo tanto, se utiliza un filtro de paso corto nm 960 para la excitación y un filtro de paso largo de 960 nm para la detección. Interferencia de filtros de corte son ideales para este propósito, ya que se pueden ajustar mediante el ajuste del ángulo.
- Elige la energía de excitación como la de la transición. Elige la detección como la energía de la transición excitado menos la energía del fonón longitudinal óptico (LO) asociado con la aleación de semiconductores. Utilizando estos valores, elegir los filtros de paso de borde adecuados para la medición; deben tener puntos de corte entre las energías de excitación y detección.
- Ajuste el láser para excitar a la energía de transición de interés, que se realiza con sólo introducir el valor de la longitud de onda del láser deseado en el campo de entrada correspondiente en el panel frontal del software de control del láser.
- Ajuste la longitud de onda central hasta el valor predeterminado para controlar la emisión de fotón -1 LO introduciendo el valor de longitud de onda central deseada en el campo de entrada correspondiente en el panel frontal del espectrómetro de software de control.
Nota: La -1 LO emisión de fotones de InAs / GaAs es aproximately 36 MeV por debajo de la transición excitón que será excitado. - Usando el software de la cámara, iniciar la colección con el CCD ejecutando el software de adquisición de espectro en modo continuo haciendo clic en el botón de modo de enfoque. Una señal debe ser visible o aún puede ser ocultado por la dispersión de láser.
- Maximizar la señal. Paso crítico: Ajustar el filtro de paso corto de excitación, ajustando ligeramente su ángulo de modo que tenga el punto de corte de longitud de onda apropiada.
Nota: El ángulo óptimo se establece por el control de la señal, mientras que el ajuste del ángulo del filtro de paso corto. Al cambiar el ángulo del filtro esto cambia la longitud de onda de corte. La clave es asegurarse de que tanto la luz láser como sea posible se suprime de la colección.
3.-resonancia cuasi Configuración de la medición
- Establecer los parámetros experimentales en los controles de la computadora utilizando la pantalla principal del software a la medida. Para ello, inicie el programa de recolección y haga clic en el the Paso polarización, Temp, o pestaña WL. Esto establece todos los valores experimentales y una vez jugada, recoge datos a través de los distintos parámetros.
Nota: Para los datos de nuestro experimento de tomar todos los controles informáticos se programarse de forma personalizada. La clave es tener un software o programa capaz de establecer la longitud de onda central del espectrómetro, controlar el CCD y la fuente de metros, y el paso de la energía láser a través de la transición durante la percepción de una gama de espectros en diferentes sesgos.- Introducir el rango de energía de láser establecido que el láser escanea a través: de aproximadamente 50 μeV por encima de la energía de transición excitón neutro de 1,301.7 MeV a 50 μeV a continuación. Ajuste la longitud de onda inicial para iniciar el análisis utilizando el "(nm) deseada WL" campo. Establecer el rango final del láser para escanear a través de ( "la unidad del motor Fin").
- Establecer el rango de sesgo que el medidor fuente explorará a través haciendo clic en la pestaña "Configuración de tensión". Ajuste el sesgo de partida value ( "tensión de arranque (V)"), el valor final sesgo "tensión final (V)" y el tamaño del paso sesgo "tensión de paso (V)". Aquí, el rango de sesgo de escaneado fue 1,68 a 1,82 V.
- Introducir el tiempo la integración elegido haciendo clic en la pestaña "Configuración de la cámara". Ajuste el tiempo de integración para el CCD en "Exposición (s)" (Consulte el paso 3.3). Seleccionar un tiempo de integración razonable para el CCD. Experimento con el tiempo de integración para conseguir una buena señal. Cuanto mayor sea el tiempo de integración de la señal mejor que se puede obtener un promedio. 20
Nota: Los tiempos de integración utilizado para el experimento fueron 10 seg. Pero, los tiempos de integración pueden ser tan bajos como 0,5 segundos, dependiendo de la fuerza de la señal de PL. A veces incluso no es necesario ver la señal en exploraciones individuales sino en la costura de los espectros juntos la suma de datos, más la capacidad del ojo para interpolar revelará las transiciones en el mapa de excitación de fotoluminiscencia (PLE).
4. Adquisición de Datos
- Una vez que se establecen los parámetros experimentales comenzar el experimento. Iniciar la colección haciendo clic en el botón de ejecución.
Nota: En cada energía del láser del software varía el sesgo teniendo un espectro y un espectro de fondo. Esto se hace para cada paso de sesgo. Entonces la energía de láser es variada y el proceso continúa hasta que toda la gama elegida es completa. - Post-proceso de los datos.
- Tome las búsquedas en segundo plano adicionales que se toman al final de cada mapa sesgo y restar la media de cada una de las columnas de polarización. Utilice un programa de extracción de fondo, o escribir un programa que toma las columnas de antecedentes, los promedia juntos y restar este promedio de los espectros de fondo de cada columna sesgo en la matriz de datos. Nota: Ver archivo de código suplementario para el programa utilizado en nuestro laboratorio.
Nota: Esto elimina otras señales espurias provocadas por cualquier luz láser dispersada restante, en gran medida imdemostrando el mapa sesgo.
- Tome las búsquedas en segundo plano adicionales que se toman al final de cada mapa sesgo y restar la media de cada una de las columnas de polarización. Utilice un programa de extracción de fondo, o escribir un programa que toma las columnas de antecedentes, los promedia juntos y restar este promedio de los espectros de fondo de cada columna sesgo en la matriz de datos. Nota: Ver archivo de código suplementario para el programa utilizado en nuestro laboratorio.
- Analizar los datos.
- Por ejemplo, para extraer los parámetros característicos de la línea espectral utilizan un software de ajuste matemático para ejecutar una Lorentz ajustada en cada rebanada sesgo del mapa PL. 21 Una vez que el procedimiento de ajuste se ha completado toda la información estará en los coeficientes de la utilización de estos como la intensidad máxima, la ubicación espectral y FWHM.
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Representative Results
Los resultados presentados en las figuras muestran las capacidades de alta resolución de la utilización de fonones para ayudar en la medición de PL. El esquema (Figura 2) muestra que, con la excepción de los filtros de paso de borde tanto en la excitación y la detección, la configuración experimental se mantiene una configuración de espectroscopía estándar, con la adición opcional de control de la polarización. La comparación con una única y triples espectrómetro (Figura. 3) representa una gran mejora del método de fonones con ayuda de la resolución. La división eh anisotrópico se muestra claramente lo que permite mediciones precisas de la división (Figura 4). El método también permite hacer fácilmente mediciones de anchura de línea de por vida limitada de las transiciones QD (Figura 5). Montaje de los picos con funciones lorentzianos se completa el análisis de los datos; extrapolando a partir de los ajustes, es posible extraer tanto la división y completala mitad de anchura máxima. Además, esta técnica de resonancia cuasi puede ser incorporado con un triple espectrómetro en modo sustractivo triple (Figura 1) para controlar las transiciones dentro de 0,5 MeV.
Figura 1. Medición Acústica-fonón-Assisted. Capacidades de la técnica de espectroscopia de resonancia cuasi. (A) de intensidad pico del estado fundamental excitón neutro de un QDM como se ve en PL. La línea roja indica la excitación de la resonancia cuasi. (B) PL en la cola de la transición excitón como la transición se sintoniza en resonancia con el láser. El uso de un espectrómetro de triple en el modo sustractivo triple, la excitación y detección están separados por menos de 1 MeV. (C) Suma de cuasi-resonante PL a partir de (B), que representa la resolución de características de la anisotrópico eh splitti intercambio ng y la anchura de línea de la transición de por vida limitada. Por favor, haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 2. Configuración Experimental esquemática. Representación esquemática de la configuración del espectrómetro simple que se utiliza para las mediciones de LO-fonón-asistida. Indicados son los láser de diodo sintonizable, tanto de paso largo (LP) y de paso corto (SP) filtros utilizados para la sintonización de la región de detección, el objetivo del microscopio (MO), el espectrómetro, y el nitrógeno líquido se enfrió CCD. Las cajas discontinuas tanto en la excitación y la detección representan los componentes opcionales de un retardador variable (VR) y polarizadores (Pol) necesarias para las mediciones de polarización.ank "> Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Métodos de la Figura 3. basados en PL resolución espectral Comparación de tres Ejemplo de la resolución alcanzable utilizando diferentes métodos.; en A y B, las rejillas espectrómetro y la anchura de pixel CCD limitan la resolución. (A) excitón transición neutral como resuelta por un único espectrómetro con excitación no resonante alrededor de 918 nm. La resolución espectral es de unos 26 μeV por píxel y es demasiado grande como para ser capaz de distinguir la anisotrópico eh división de cambio. (B) La misma región espectral como en (A) con excitación no resonante, pero con el espectrómetro de establecer en el modo de aditivo triple, donde la resolución es de 10 μeV. (C) excitón transición neutral como resuelto mediante el uso de la i de fonones por satéliten este método de espectroscopia de fonones asistida cuasi-resonante. Los dos picos están bien resueltos y en forma por una función de Lorentz doble, lo cual produce un desdoblamiento anisotrópico eh intercambio de 23,3 ± 0,1 μeV. Los valores de FWHM extraídos de picos de energía más bajos y más altos son 7,3 ± 0,1 y 9,6 ± μeV 0,4 μeV, respectivamente. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 4. Mapa PL de un QDM y medición asistida por Phonon Asociado. (A) Resolución regular mapa sesgo de la QDM bajo excitación no resonante. El mapa muestra el sesgo de emisión de la neutral directa (X0) y excitón indirecta (iX0), así como la trion positivo (X +). Además, el sesgo en el que se explora el láser a través de esindicado por el recuadro rojo en torno al 1,1 V. (B) de alta resolución PL a -1 de fonones por satélite por debajo de la excitación a través del excitón neutro directa. La energía de transición estaba sintonizada a través de una energía láser fijo de 951.657 nm (1,302.824 MeV) mediante la intensificación de la temperatura. El satélite -1 fonones se ve que es alrededor de 36 MeV por debajo de las líneas de fonón cero. Por favor, haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 5. Mapa de Bias anisotrópico eh División. Mapa de polarización de la anisotrópico eh división de cambio, con centro en 1,302.28 MeV. El mapa de sesgo se hizo mediante el incremento de la tensión aplicada por los incrementos de 2 mV en cada energía del láser y la intensificación de la energía del láser 37 veces en toda la gama de energía, más o menos el cambio de alrededor de 1,7 y# 181; eV en cada paso. El promedio de la energía de intercambio es eh 25,4 μeV con una desviación estándar de 0,8 μeV sobre esta región sesgo. Se muestra el ajuste del cambio de Stark. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
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Disclosures
Los autores no tienen nada que revelar.
Acknowledgments
Los autores desean reconocer Allan Bracker y Daniel Gammon en el Laboratorio de Investigación Naval de proporcionar las muestras en estudio. Este trabajo fue apoyado (en parte) por el Defense Threat Reduction Agency, Premio de Investigación Básica # HDTRA1-15-1-0011, de la Universidad de California-Merced.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 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 | Optional |
| 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 |
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