Abstract
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.
Introduction
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.
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Protocol
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
- Fabricar a amostra.
- 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. - 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
- 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.
- Monte a amostra para o cabeçalho de chip.
- 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.
- 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.
- Aderem 40 g de fio de ouro a partir de um ponto (canto superior) da amostra a um pino no chip.
- Coloque uma gota de cola de prata sobre o canto superior da amostra e uma gota sobre uma das almofadas de pinos no chip.
- 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.
- Montar o chip e amostra no criostato e assegurar que a amostra tem bom contato térmico com o suporte de amostras de cobre.
- Aplicar a folha de índio entre o chip eo dedo frio do criostato.
- 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.
- 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. - 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. - 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.
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.
- 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.
- Usando uma fonte de luz branca, iluminar a amostra.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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. - Gerar um mapa de viés.
- 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. - 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.- 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.
- 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.
- 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.
- Identificar a transição que vai ser animado. Note-se a energia da transição e o intervalo de viés de interesse.
- 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:
- Sintonizar a energia de transição pela temperatura. 18
- 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. - 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.
- 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:
- Com a transição identificados e os parâmetros experimentais definido, selecione as duas energias de excitação e de detecção para a medição.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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. - 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.
- 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.
Configuração de Medição 3. ressonância Quasi
- 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.- 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 "Desired WL (nm)". Defina o intervalo final do laser para escanear ( "Motor Unit End").
- Defina o intervalo de viés que o medidor de fonte irá percorrer clicando na aba "Configurações de tensão". Defina o val viés começandoue ( "Voltage Start (V)"), o valor final bias "Tensão End (V)" e o tamanho do passo bias "Passo Tensão (V)". Aqui, a faixa de viés digitalizada foi 1,68-1,82 V.
- Input tempo a integração escolhida, clicando na aba "Configurações de câmera". Defina o tempo de integração para o CCD em "Exposure (s)" (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).
4. Aquisição de Dados
- 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. - Pós-processar os dados.
- 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.
- 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.
- Analisar os dados.
- 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.
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Representative Results
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 grande melhoria do método assistido por phonon a resolução. O anisotrópica eh divisão é exibida claramente permitindo medições precisas da divisão (Figura 4). O método também permite facilmente fazer medições de largura de linha limitado-vida de transições QD (Figura 5). Ajustando os picos com funções lorentzianas completa análise dos dados; extrapolação dos ataques, é possível extrair tanto o fraccionamento e completameia largura máxima. Além disso, esta técnica de ressonância quase pode ser incorporado com um espectrómetro de triplo no modo subtractivo triplo (Figura 1) para monitorizar transições no espaço de 0,5 MeV.
Medição Figura 1. Acoustic-Phonon Assistida. Capacidades da técnica de espectroscopia de quase-ressonância. (A) Intensidade do pico do éxciton neutra estado fundamental de um QDM como visto no PL. A linha vermelha indica a excitação de ressonância quasi. (B) PL na cauda da transição éxciton como a transição é sintonizado em ressonância com o laser. Utilizando um espectrómetro de triplo no modo subtractivo triplo, a excitação e a detecção são separados por menos do que 1 MeV. (C), somado quase-ressonante PL a partir de (B), que descreve a resolução de características do anisotrópica eh splitti troca ng e a largura de linha limitado no tempo de vida da transição. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 2. Diagrama esquemático configuração experimental. Representação esquemática do espectrómetro de configuração simples que é usado para as medições de LO-assistida-fonão. Indicado são o laser de diodo sintonizável, tanto de passagem longa (LP) e curto-passe (SP) filtros usados para ajustar a região de detecção, a objectiva do microscópio (MO), o espectrómetro, azoto líquido e arrefecida CCD. As caixas tracejadas, tanto a excitação e detecção representam os componentes opcionais de um retardador variável (VR) e polarizadores (POL) necessários para as medições de polarização.ank "> Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Métodos Figura 3. baseados em PL resolução espectral comparação de três Exemplo de resolução alcançável utilizando métodos diferentes.; em A e B, as grelhas do espectrómetro e a largura de pixel CCD limitar a resolução. (A) de transição éxciton Neutral como resolvido por um único espectrómetro com excitação não-ressonante em torno de 918 nm. A resolução espectral é de cerca de 26 μeV por pixel e é muito grande para ser capaz de fazer o anisotrópica eh divisão de câmbio. (B) A mesma região espectral como em (A) com a excitação não-ressonante, mas com o espectrómetro definido no modo aditivo tripla, em que a resolução é de 10 μeV. (C) transição éxciton Neutral como resolvido usando o i phonon satéliten este método espectroscopia assistida por phonon quase-ressonante. Os dois picos são bem resolvidos e ajuste por uma função Lorentzian duplo, que produz um anisotrópica eh divisão troca de 23,3 ± 0,1 μeV. Os valores FWHM extraídas para picos de energia mais baixos e mais altos são 7,3 ± 0,1 μeV e 9,6 ± 0,4 μeV, respectivamente. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 4. PL Mapa de um QDM e Mensuração Associated Phonon-assistida. (A) mapa viés regular resolução do QDM sob excitação não ressonante. O mapa mostra a emissão de polarização do neutro directa (X0) e éxciton indirecta (iX0), bem como a trion positivo (X +). Além disso, o viés no qual o laser é digitalizado por meio éindicado pela caixa vermelha em torno de 1,1 V. (B) de alta resolução PL a -1 phonon satélite abaixo da excitação através do éxciton neutra direta. A energia de transição estava sintonizado através de uma energia do laser fixa de 951,657 nm (1,302.824 meV) por pisar a temperatura. O -1 phonon satélite é visto em cerca de 36 meV abaixo das linhas fônons de zero. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 5. Viés Mapa de anisotrópica eh Splitting. Mapa de Bias do anisotrópica eh troca divisão, centrado em 1,302.28 meV. O mapa de viés foi feita incrementando a tensão aplicada em incrementos de 2 mV em cada energia do laser e pisar a energia do laser 37 vezes em toda a gama de energia, cerca de mudar cerca de 1,7 &# 181; eV em cada etapa. A média da energia de troca eh é 25,4 μeV com um desvio padrão de 0,8 μeV sobre esta região viés. A montagem da mudança Stark é exibida. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
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Disclosures
Os autores não têm nada para revelar.
Acknowledgments
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.
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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