Abstract
Yüksek çözünürlüklü optik spektroskopi yöntemleri ya teknoloji, ekipman, karmaşıklığı, zaman ya da bunların bir kombinasyonu açısından talep ediyorlar. Burada sıkma ince yapısı ve tek kuantum noktaları (QDS) homojen LineWidth ötesinde spektral özellikleri çözümünde bir standart, kolay kullanımlı spektrometre kurulumu kullanarak edebilen bir optik spektroskopi yöntemi göstermektedir. Bu yöntem çok kanallı fotoluminesans algılama ile lazer çizgisi genişliği sınırlı çözünürlük avantajı birleştirerek, lazer ve fotoluminesans spektroskopisi hem de içermektedir. Böyle bir plan, ortak bir tek kademeli spektrometresi o aşkın çözünürlüğü önemli iyileşme sağlar. yöntem, taban durum geçiş rezonans uyarma sonra tek bir kuantum noktanın fotolüminesans ölçümünde yardımcı olmak için fonon kullanır. fonon enerji farkı bir ayrı ve heyecan verici kuantum nokta lazer ışığı filtre sağlar. Avantajlı bir feBu yöntemin çalıçtırdıgınızda çoğu araştırmacı için erişilebilir standart spektroskopi kurulumları, içine yalındır bütünleşmesidir.
Introduction
Yüksek çözünürlüklü yeni bilginin kilidini anahtarıdır. Bu bilgi ile, yeni teknolojiler daha iyi sensörler, daha hassas üretim araçları ve daha verimli hesaplama cihazlar gibi geliştirilebilir. Bu anahtarı oluşturuluyor, ancak, genellikle kaynaklar, zaman ya da her ikisi yüksek bir maliyetle geliyor. Bu sorun elektron küçük bir spektral kayma yanında uzak yıldızlara gezegenlerin saptanmasında yol açabilir astronomiye spin kaldırdı dejenerasyonları çözme atom fiziğinden tüm ölçekler arasında her yerde olduğunu. 1,2,3
Bu çalışmanın odak noktası standart bir spektrometre kurulumu kullanarak ve özellikle yarı iletken optik alanına ilişkin, çözünürlüğü sınırının altında spektral özellikleri çözebilir gösteren üzerindedir. Sunulan örnek bir kaç μeV mertebesinde olan InAs / GaAs kuantum noktaları (QD'lerin) anizotropiktir elektron-delik olduğunu (eh) döviz bölme vardır. 4 spektrometre c çözünürlük sınırıBir standart PL ve lazer spektroskopisi teknikleri birleştirerek aşılabilir. yarı-rezonans floresans bu yöntem yaygın tek kademeli spektrometre kullanılarak lazer sınırlı çözünürlük elde yararı vardır.
Tek QD PL spektroskopisi için standart bir optik spektroskopi sistemi, tek-aşamalı 0,3-0,75 m monokromatör ve bir uyarım lazer kaynağı ve optik ile birlikte aygıt (CCD) dedektörü bağlı bir yük oluşur. Bu tür bir sistemde, en iyi 950 nm civarında yakın kızıl ötesi spektrum içinde 50 μeV çözme kapasitesine sahiptir. Hatta istatistiksel ve ters evrişim teknikleri kullanımı ile, örneğin, tek bir monokromatör kurulum PL ölçümlerinde en az 20 μeV çözme yeteneğine sahip değildir. Spektrumudur burada 5 Bu çözüm, aynı zamanda, üç ilave modda bir üçlü spektrometresi kullanılarak iyileştirilebilir arda üç ızgaralar tarafından dağıtıldı. üçlü spektrometre çözme yeteneğine artan çözünürlük avantajı vardıryaklaşık 10 μeV. Alternatif yapılandırma, üçlü Subtractive modunda, ilk iki ızgaralar az 0,5 MeV ile uyarma ve algılama ayırmak için güçlü olmak ekledi özelliği veren bir bant geçiren filtre olarak davranır. üçlü spektrometre sakıncası pahalı bir sistem olmasıdır.
ilgi yöntemi sunmadan önce, kısaca ekledi karmaşıklığı ile, daha iyi spektral çözünürlük elde ve tek QDS ince yapı çözebilirseniz, diğer deneysel yaklaşımlar tartışılmıştır. Bu yöntemlerin elemanları sunulan yöntem ile ilgili bulunmaktadır. Bu tür bir yöntem, tek bir spektrometre kurulum algılama yolunda bir Fabry-Perot interferometre (FPI) ilave edildi. 6 çözünürlük FPI incelik ile ayarlanır, bu yöntemi kullanarak. Böylece, spektrometrenin çözünürlüğü ekledi karmaşıklığı ve daha düşük sinyal yoğunluğu pahasına, 1 μeV için geliştirilmiştir. 7 interferometre yöntemi de genel Operati değiştirirCCD kamera ile spektrometrenin üzerinde etkili bir şekilde tek bir nokta detektörü haline ve çeşitli enerjileri vasıtasıyla ayarlama FPI boşluğu kendisini ayarlanmasıyla elde edilir.
Rezonans floresan (RF) spektroskopisi, tek bir optik geçiş hem heyecanlı ve izlenen ayrıca yüksek çözünürlüklü spektroskopisi vaadi sunan başka bir yöntem. spektral çözünürlük sadece lazer LineWidth ile sınırlı ve sadece bir sensör sinyalini ama CCD piksel sayısını tespit bir çok kanallı dedektörü olarak CCD tutar. Bu çok kanallı saptama sinyali ortalama alma açısından avantajlıdır. Tek QD seviyesinde ölçüm yaparken RF spektroskopi zorluk, özellikle dağınık lazer ışığının büyük arka PL sinyali ayıran. Bir takım teknikler dahil, ya polarizasyon 8 dağılmış lazer ışığı, 9 ya da zamansal olarak ayrılması 10 sinyalin oranını düşürmek için kullanılabiliruyarı ve tespit. İlk dağınık ışık bastırmak için yüksek imha polarıcıları kullanmak, ancak bu yöntem PL polarizasyon bilgileri kaybetme olumsuz sonuçları vardır. 8 Başka bir olası bir yöntem optik boşluklara birleştiğinde yarı iletken sistemleri mühendisi rezonans floresan olduğunu elde nerede uyarı ve tespit yolları uzamsal ayrılır. Bu büyük lazer arka PL sinyalini çözmek zorunda konusunu ortadan kaldırır. Ancak, bu yöntem yoğun genel kaynak olan karmaşık örnek imalat sınırlıdır. 9
Ayrıca dakikalık enerji farklılıkları gidermek mümkün yöntemlerden başka sınıfı, tam polarizasyon bilgileri ile lazer sınırlı çözünürlüğü elde yararı vardır diferansiyel iletimi gibi saf lazer spektroskopisi, o olduğunu. Bu yöntem, genellikle trans minik değişiklikleri gözlemek için kilit-algılama gerektirirbüyük bir lazer arka kıyasla görevin sinyali. 11 Son zamanlarda, kullanarak ya,% 20 değerlerine QD 'ye (ler) ile etkileşime lazer ışığının fraksiyonunun bir takviye yol açmıştır nano fabrikasyon gelişmeler göstergesi eşlemeli bir katı daldırma lensler veya fotonik kristal dalga kılavuzu içinde noktalar gömme. 12
Bu yöntemler yüksek enerji çözünürlüğü ulaşma yeteneğine sahip olsa da, onlar pahalı ekipman, karmaşık örnek imalat ve bilgi kaybı pahasına geliyor. Bu çalışmada yöntem düzenli PL kurulum enstrümantasyon veya numune üretiminde karmaşıklığı eklemeden bu üç yöntemleri unsurları birleştirir.
Son çalışmalar Eksiltici modunda bir üçlü spektrometre sistemi ile, bir kuantum nokta molekülünün (QDM) iki foton geçiş spektrumunda tekli-üçlü ince yapı görselleştirmek mümkün olduğunu göstermiştir. 13 sipariş üzerine tutulan enerji yarmaμeV onlarca bir kaç resonantly geçişler heyecanlandırmak ve bir MeV daha kısa bir sürede tespit etmek için izin üçlü Subtractive modu kullanılarak çözüldü. spektrum bilgisi akustik fonon ve diğer alt-yatan exciton geçişleri kullanılarak geçiş aşağıdaki izlenerek ekstre edilmiştir. Şekil 1'de görüldüğü gibi bu yöntem de sırasıyla 8 μeV ve 4 μeV, bir exciton geçiş anizotropik eh değişim bölme ve hatta ömür boyu sınırlı çizgi genişliğine gidermek için uygulanabilir. Bu sonuca benzer şekilde, bu kağıt basit üzerinde durulacak diğer yüksek çözünürlüklü yöntemleri sahip avantajları birçok dahil edecektir spektrometre kurulumu. Ayrıca CCD Çok kanallı dedektörü olarak kalacaktır. Deneysel kurulum da diğer yüksek çözünürlüklü spektroskopisi yöntemleri oldukça ucuz göreceli tutulur ve kolayca tek nokta korelasyon ölçümleri elde etmek için değiştirilen yararı vardır edilebilir. Sonuç usin aksineg akustik fononlar ve üçlü spektrometre, altta yatan anahtar yarıiletken örnekleri oluşturan yarı iletkenler ve ilgili alaşımları ile ilişkili ÖÇ-fonon uydu kullanımını sağlamaktır. Ç-fonon uydu ve sıfır fonon hattı (ZPL) arasındaki enerji ayırma tek kademeli spektrometresi kullanımına izin veren, bu örnekler için MeV onlarca civarındadır. 14 Bu enerji ayrılması teklif quasi kullanılmasına imkan verir resonantly geçişi sürüş ve bir LO fonon eşit bir enerji ile uyarma altında izleyerek -resonance spektroskopi yöntemi. Bir tanesi heyecanlı geçiş içine heyecanlandıran ve zemin durumu geçişi izler burada tekniği. Geçiş arasındaki ayrılık heyecanlı olmak 15 PL uyarma benzer ve LO-fonon uydu olduğunu bastırmak için kenar geçiş filtrelerinin kullanımı için izin verir elastik ışık saçtı. fonon uydu kullanarak bu yöntem lazer çizgi kalınlığı sınırlı çözünürlük sağlarresonantly heyecan verici, çünkü geçiş ÖÇ-fonon uydu emisyon görünür hale gelmesi sadece zaman genellikle.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Not: diğer yazılım paketleri yerine kullanılabilir, ancak tarif edilen yöntem, belirli bir yazılım özgüdür.
1. Numune Hazırlama ve Cool Down
- örnek Üretiyor.
- Daha önce tarif edildiği gibi 4 mil tüneli bariyer ile ayrılmış iki dikey istiflenmiş kendi kendini monte InAs / GaAs QD'lerin oluşturma moleküler demet epitaksi ile Stranski-Krastanov büyüme yöntemi kullanılarak, örnek büyütün. 16 yerleştir QD'lerin bir elektrik alan etkisi yapısında (örneğin, Schottky diyodu), bir elektrik alanı için izin QDMS uygulanacak. 17
Not: QDMS kullanımı yöntemi için bir gereklilik değildir. Ayrıca, InAs / GaAs gerekli değildir yarı iletkenler, teknik herhangi bir yarı iletken kombinasyonu yapılmış QDMS veya QDS için çalışacaktır. - Bireysel QDS optik olarak saptanabilir, böylece numune imal. Her iki numune veya m üstüne bir diyafram maskesi ekleyerek bunu10 8 QDS / cm2 veya daha az odak nokta boyutuna bağlı olarak bir düşük yoğunluklu örneği aking. 18
- Daha önce tarif edildiği gibi 4 mil tüneli bariyer ile ayrılmış iki dikey istiflenmiş kendi kendini monte InAs / GaAs QD'lerin oluşturma moleküler demet epitaksi ile Stranski-Krastanov büyüme yöntemi kullanılarak, örnek büyütün. 16 yerleştir QD'lerin bir elektrik alan etkisi yapısında (örneğin, Schottky diyodu), bir elektrik alanı için izin QDMS uygulanacak. 17
- çip başlığına örnek monte edin.
- Seramik çip başlığını% 50 bizmut,% 26.7 kurşun,% 13,3 kalay ve% 10 kadmiyum oluşan bir alaşım uygulayın. alaşım liquefies kadar sıcak bir plaka kullanılarak çip ısıtın. çip başlığına ekleyerek sıvılaştırılmış alaşım üzerine numunenin alt kısmına yerleştirin.
Not: Örnek alt bir iğne bağlanmıştır Schottky diyodu ve talaş başlığına lehim noktası elektrotlar biridir. örnek bağlanması için bir başka alternatif bir iletken gümüş epoksidir.
- Seramik çip başlığını% 50 bizmut,% 26.7 kurşun,% 13,3 kalay ve% 10 kadmiyum oluşan bir alaşım uygulayın. alaşım liquefies kadar sıcak bir plaka kullanılarak çip ısıtın. çip başlığına ekleyerek sıvılaştırılmış alaşım üzerine numunenin alt kısmına yerleştirin.
- çip üzerinde bir pin numunenin bir nokta (üst köşede) 40 G altın tel uyun.
- üst numunenin köşe ve yonga üzerindeki pim pedleri teke tek damlacık gümüş epoksi bir damlacık yerleştirin.
- Dikkatle iki damlacıkları altın tel yatıyordu.
Not: t üstO örnek bir elektrik alanının uygulanmasını sağlar Schottky dıyodunun diğer elektrottur.
- kriyostat içine çip ve örnek monte edin ve örnek bakır numune tutucu ile iyi termal temas vardır emin olun.
- çip ve Kriyostat soğuk parmağı arasında indiyum folyo uygulayın.
- Basınçlı soğuk parmak çip monte edin. pullar ile iki vidayı kullanın ve kriyostat bakır soğuk parmağı ile iyi termal temas sağlamak için iyice sıkın.
- numune üzerinde alt ve üst elektrotlar hem bağlı çip pimleri teller takın. Kaynak metre kriyostat aracılığıyla bu teller çalıştırın.
Not: Kaynak metre harici elektrik alanına QD'lerin açığa, numunenin elektrotlara bir önyargı uygular. - Boşaltın ve vakum kriyostat ve örnek odasına getir. Sam aşağı serin hazırlık yaklaşık 10 -6 Torr tahliye turbo pompasını çalıştırınple.
Not: Deney için soğutma ve sıcaklık kontrolü kapalı çevrim buzdolabı ve ekli mikroskopi numune odasının oluşan kriyostat ile gerçekleştirilir. - Kriyostat en kompresörü başlatın. kriyostat istenilen sıcaklığa ulaşıncaya kadar sistemin soğumasını bekleyin.
Not: sunulan sonuçlar için sıcaklık örnek soğutulur sonra, kurulum alınacak optik ölçüm sağlayacak optik kurulumu için hazır yaklaşık 18 K. oldu.
2. Optik Kur
Not: tüm işlemleri kurmak için, üretici veya diğer özel program tarafından sağlanan yazılımı kullanarak ya lazer kaynak metre, spektrometre ve CCD çalıştırın.
- PL toplanması için, spektrometre üzerine PL sinyali odaklanır lens doğrultusunda uzun çalışma mesafesi 50X mikroskop objektif ve kolimasyon lensi yerleştirin. 0.75 mm ile spektrum toplayınSinyal, 1.100 mm-1 ızgara tarafından dağıtılan ve bir sıvı azot kullanılarak tespit edilir burada onochromator 1.340 x 100 piksel CCD kamera soğutuldu.
- Beyaz bir ışık kaynağı kullanılarak, örnek aydınlatmak.
- Düzgün spektrometre CCD üzerinde numunenin temiz odaklı bir görüntü elde algılama tarafındaki tüm optik (yani, kolimasyon ve odaklama lens) ve sıfır dalga boyunda hizalayarak harici kamera ve spektrometre ile numunenin imajını odaklanın.
Not: uyum ve numunenin berrak bir görüntü elde yardımcı olmak için başka bir harici görüntüleme kamera var yararlıdır.
- Düzgün spektrometre CCD üzerinde numunenin temiz odaklı bir görüntü elde algılama tarafındaki tüm optik (yani, kolimasyon ve odaklama lens) ve sıfır dalga boyunda hizalayarak harici kamera ve spektrometre ile numunenin imajını odaklanın.
- Algılama tarafı kurulduktan sonra, numune üzerine lazer odak. bir mercek kullanarak örnek üzerinde mümkün olan en küçük boyutuna ışın nokta odaklanın. Zemin durum geçiş enerjilerini içeren bir uyarım aralığı ile ayarlanabilir diyot lazer kullanın. eğik bir açı ile örnek lazer olayı ayarlayın. Eğik bir avantajıo dağınık lazer ışığının büyük bir kısmının kurtulmak yardımcı olduğunu.
- Daha yüksek olmayan rezonans enerjisinde örnek heyecanlandırmak. Optimal, ıslatma tabakasının altında bir enerjiye heyecan verici bunu. InAs / GaAs QDMS için bu çalışmada bu temel durum geçişleri üzerinde 75 MeV veya daha fazla karşılık gelir.
- odaklama modunda spektrum toplama yazılımı çalıştırın. Kriyostat mikroskopi örnek konut bağlı bir XY çeviri aşamasında kullanılarak lazer nokta karşısında örnek tarayın. spektrometre CCD zemin devlet geçişler ayrık çizgiler yakalar kadar bunu yapın. QDMS birinde algılama ortalayın.
Not: Bir QDM bulunduğunda, optik kurulum tamamlanır. taban durum enerjilerini kullanılan numuneler için yaklaşık 1.300 meV vardır. - Bir önyargı haritası oluşturmak.
- örnek üzerinde elektrotlara bağlı kaynak metre (adım 1.5) üzerinden bir potansiyeli uygulayın; Bu QDM bir elektrik alanının oluşturulmasını da elektrotların ortasından geçen bir önyargı geçerlidirs.
Not: numuneye uygulanan önyargı aralığı Schottky diyot yapısı karşısında 0-2 V. Cihaz ters önyargı olduğunda bu, ve elektrik alan görünür olmasını bireysel ücret devletler için izin QDM içinde ücretlerin miktarını sınırlar. - normalde volt binde yüzde biri aralıkları bu istenen çözünürlüğe bağlı olarak, farklı artırılır gerilim değerlerinde bireysel spektrumları atın. Özel bir program (örneğin, LabView) kullanarak birlikte bu bireysel spektrumları birleştirin.
Not: Program kolayca sunulan deneyde bu arada gerçek zamanlı veri dikmek için eklenmiştir, bir matris içine bireysel spektrumlarının vektör sütunları birleştirmek için farklı programlar geniş bir yelpazede kullanarak kodlanmış olabilir.- Bir önyargı harita almak için çalışma düğmesine tıklayın. Bu bir dizi önyargı de spektrumları alır ve bunu bir sütun vektörü yapmak, sonra başka bir sütun olarak her artan önyargı spektrumları ekler.
Not: Bu bir veri Matri üretirx yoğunluk değerleri PL yoğunluğu karşılık nerede, satır enerji / dalgaboyu temsil ve sütunları voltaja karşılık gelmektedir. böylece verilerin kalitesi canlı geribildirim sağlayarak, çalıştırılıyor olarak önyargı haritası görüntülenebilir olmalıdır.
Not: Bir önyargı haritası farklı şarj yapılandırmaları belirlemeye yardımcı olur ve uyarma ve algılama yolları hem kurulumunu tamamlamak için doğru bilgi verir.
- Bir önyargı harita almak için çalışma düğmesine tıklayın. Bu bir dizi önyargı de spektrumları alır ve bunu bir sütun vektörü yapmak, sonra başka bir sütun olarak her artan önyargı spektrumları ekler.
- örnek üzerinde elektrotlara bağlı kaynak metre (adım 1.5) üzerinden bir potansiyeli uygulayın; Bu QDM bir elektrik alanının oluşturulmasını da elektrotların ortasından geçen bir önyargı geçerlidirs.
- heyecanlı olacak geçişi belirleyin. geçiş enerji ve ilgi önyargı aralığını unutmayın.
- Bu noktada lazer uyarma geçiş yoluyla ayarlanmış olacak nasıl karar. taban durum geçiş içine heyecanlandırmak için lazer almak için üç farklı seçenek vardır:
- Ayarlama sıcaklık geçiş enerjisi. 18
- Lazer enerjisi rezonans elde etmek geçiş Stark Shift kullanın. 19
Not: i yukarıda bahsedilen iki yöntemin güzel bir özellikQDM geçişleri sabit bir lazer enerjisi ile ayarlanmış çünkü ayarlanabilir bir lazer kaynağı, gerekli değildir s. - Alternatif olarak, geçiş yoluyla lazer enerjileri adım, bir ayarlanabilir lazer kaynağı kullanın. lazer geçişi ile rezonans olduğu zaman bir saptama sinyali mevcut olacaktır, bu ölçüsü onun lazer sınırlı spektral çözünürlüğü verir. Bu protokolün geri kalanı için odak noktası olacaktır.
- Bu noktada lazer uyarma geçiş yoluyla ayarlanmış olacak nasıl karar. taban durum geçiş içine heyecanlandırmak için lazer almak için üç farklı seçenek vardır:
- Geçiş tespit ve deneysel parametreler set ile, ölçüm için hem uyarma ve algılama enerjileri seçin.
- geçiş olduğu gibi uyarım enerjisini seçin. heyecanlı geçişin enerjisi eksi yarı iletken alaşım ile bağlantılı boyuna optik (LO) fonon enerjisi olarak algılanmasını seçin. Bu değerleri kullanarak, ölçüm için uygun kenar geçiren filtreler seçin; Onlar uyarma ve saptama enerjileri arasındaki kesimine sahip olmalıdır.
Not: experim içinental sonuçlar tahrik geçiş 1,301.7 MeV görülebilir, Şekil 3 'de gösterilen nötr taban durumu exciton olarak, sunulan ve -1 LO fonon emisyonu, sırasıyla 952,5 nm ve 979,3 nm, karşılık gelen, 1,266 MeV bulunmaktadır. Bu nedenle uyarma için 960 nm kısa geçiş filtresi ve tespiti için 960 nm uzun geçiş filtresi kullanın. Onlar açısını ayarlayarak ayarlanmış olabilir çünkü Girişim kesme filtreleri bu amaç için idealdir.
- geçiş olduğu gibi uyarım enerjisini seçin. heyecanlı geçişin enerjisi eksi yarı iletken alaşım ile bağlantılı boyuna optik (LO) fonon enerjisi olarak algılanmasını seçin. Bu değerleri kullanarak, ölçüm için uygun kenar geçiren filtreler seçin; Onlar uyarma ve saptama enerjileri arasındaki kesimine sahip olmalıdır.
- Lazer kontrol yazılımı ön panelindeki uygun giriş alanında istediğiniz lazer dalga boyu değer girerek sadece yapılır ilgi geçiş enerjisi, en heyecanlandırmak için lazer ayarlayın.
- spektrometre kontrol yazılımı ön panelindeki uygun giriş alanında istediğiniz merkez dalga boyu değer girerek -1 LO foton emisyonu izlemek için önceden belirlenmiş değere merkez dalga boyu ayarlayın.
Not: InAs / GaAs için -1 LO foton emisyon yakl olduğunuheyecanlı olacak exciton geçiş altında oximately 36 meV. - Kamera yazılımı kullanarak, odak modu düğmesini tıklayarak sürekli modda spektrum toplama yazılımı çalıştırarak CCD ile toplama başlar. Bir sinyal görünür olmalıdır ya da hala lazer dağılım tarafından gizli olabilir.
- sinyali en üst düzeye çıkarmak. KRİTİK ADIM: Dinle uyarma kısa geçiş filtresi, uygun dalga boyu sınır değeri vardır, böylece biraz açısını ayarlayarak.
Not: Optimal açı kısa geçiren filtre açısını ayarlarken sinyal izleme tarafından kurulmuştur. Filtrenin açısını değiştirerek bu kesme dalga boyu değişir. Anahtar mümkün olduğu kadar çok lazer ışığı toplama bastırılır emin olmaktır.
3. Yarı-rezonans Ölçüm Kurulumu
- Özel yazılımın ana ekranı kullanarak bilgisayar kontrolleri üzerinde deneysel parametreleri ayarlayın. Bunu yapmak için, toplama programını başlatmak ve inci tıklayıne Adım Polarizasyon, Sıcaklık, ya da WL sekmesi. Bu, tüm deneysel değerlerini ayarlar ve çalışma kez çeşitli parametreler üzerinden veri toplar.
Not: Bizim denemenin verileri tüm bilgisayar kontrolleri özel programlanmış çekmek için. anahtar bir yazılım ya da, spektrometre merkez dalga boyu ayarlamak CCD ve kaynak metre kontrol ve farklı önyargıları da spektrumlarının bir dizi toplarken geçiş yoluyla lazer enerjisini adım mümkün programlamak olduğunu.- Girdi lazer yoluyla tarar kurulan lazer enerjisi aralığı: 1,301.7 MeV nötr exciton geçiş enerjisi üzerinde yaklaşık 50 μeV gelen, aşağıdaki 50 μeV için. "İstenen WL (nm)" alanını kullanarak taramayı başlatmak için ilk Dalga Boyu ayarlayın. ( "End Motor Ünite") üzerinden tarama lazer sonu aralığını ayarlayın.
- Kaynak ölçer "Gerilim Ayarlar" sekmesini tıklayarak aracılığıyla tarar önyargı aralığını ayarlayın. Başlangıç önyargı val Setue ( "Gerilim Başlat (V)"), son önyargı değer "Gerilim End (V)" ve önyargı adım boyutu "Voltaj Adım (V)". Burada, taranan önyargı aralığı 1.82 V 1.68 oldu
- Girdi entegrasyon süresi "Kamera Ayarları" sekmesine tıklayarak seçilen. "Pozlama (ler)" altında CCD için entegrasyon süresini ayarlayın (3.3 adıma bakınız). CCD için makul bir entegrasyon süresini seçin. entegrasyon süresi ile Deney iyi bir sinyal almak için. Entegrasyon süresi elde edilebilen daha iyi sinyal ortalama büyüktür. 20
Not: deney için kullanılan Entegrasyon süreleri 10 saniye idi. Ama, entegrasyon süreleri PL sinyalinin gücüne bağlı olarak, 0.5 sn gibi düşük olabilir. Zaman zaman bireysel taramalar ancak birlikte spektrumları veri toplamı artı fotoluminesans uyarma (PLE) haritada geçişleri ortaya çıkaracaktır katmak için göz yeteneğini dikiş üzerine sinyal görmek için bile gerekli değildir.
4. Veri Toplama
- Deneysel parametreler kurulan kez denemeyi başlar. run butonuna tıklayarak koleksiyonu başlayın.
Not: Her lazer enerjisi de yazılım bir spektrum ve bir arka plan spektrumu alarak önyargı değişir. Bu, her önyargı adımı için yapılır. Sonra lazer enerjisi zengindir ve seçilen tüm aralık tamamlanana kadar işlem devam eder. - Post-işlem veri.
- Her önyargı haritanın sonunda alınan ek arkaplan taramaları alın ve önyargı sütunları her birinden ortalama çıkarın. Bir arka plan çıkarma programı kullanın, ya da birlikte arka plan sütunları, ortalamalar götüren bir program yazmak ve bu karekod her önyargı sütunundan arka plan spektrumları ortalama çıkarın. Not: laboratuarımızda kullanılan program için yazmak Kod Dosyası bakın.
Not: Bu kalan dağınık lazer ışığının neden olduğu diğer sahte sinyalleri kaldırır, büyük ölçüde imönyargı haritası kanıtlayan.
- Her önyargı haritanın sonunda alınan ek arkaplan taramaları alın ve önyargı sütunları her birinden ortalama çıkarın. Bir arka plan çıkarma programı kullanın, ya da birlikte arka plan sütunları, ortalamalar götüren bir program yazmak ve bu karekod her önyargı sütunundan arka plan spektrumları ortalama çıkarın. Not: laboratuarımızda kullanılan program için yazmak Kod Dosyası bakın.
- verileri analiz edin.
- Örneğin, spektral çizginin karakteristik parametreleri PL haritanın her önyargı dilim de uydurma bir Lorentzian çalıştırmak için bir matematiksel uydurma yazılımı kullanmak ayıklayın. 21 uydurma prosedür tüm bilgilerin uydurma gibi katsayıları olacaktır tamamlandıktan sonra maksimum yoğunluk, spektral konumu ve FWHM olarak.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
şekillerde sunulan sonuçlar PL ölçüm yardımcı olmak için fonon kullanarak yüksek çözünürlüklü yeteneklerini göstermektedir. Şema (Şekil 2) uyarı ve tespit her iki kenar geçiş filtreleri hariç, deney düzeneği polarizasyon kontrol isteğe ilavesiyle, standart spektroskopi kurulum kalır göstermektedir. Tek ve üçlü spektrometre (Şekil. 3) ile karşılaştırma çözünürlük fonon destekli yönteminin büyük gelişme canlandırıyor. Anizotropik ha bölme açıkça bölme (Şekil 4) hassas ölçümler için izin görüntülenir. Yöntem aynı zamanda kolayca QD geçişleri (Şekil 5) ömrü sınırlı çizgi kalınlığı ölçümleri yapmak için izin verir. Lorentz fonksiyonları ile doruklarına takılması veri analizi tamamlar; uyan gelen extrapolating, yarma ve tam ayıklamak mümküngenişlik yarım maksimum. Bundan başka, bu yarı-rezonans tekniği 0.5 MeV içindeki geçişler izlemek için üç çıkartma modu üçlü spektrometresi (Şekil 1) ile birlikte dahil edilebilir.
Şekil 1. Ölçüm Akustik-fonon-destekli. Yarı-rezonans spektroskopisi tekniği Yetenekleri. PL görüldüğü gibi bir QDM zemin durumu nötr eksiton (A) Tepe yoğunluğu. kırmızı çizgi yarı-rezonans uyarma gösterir. Geçiş olarak exciton geçiş kuyruk (B) PL lazer ile rezonansa ayarlanmıştır. Paket çıkartma modu bir Paket spektrometresi kullanılarak, uyarma ve saptama az 1 MeV ile ayrılır. (C) yarı-rezonans PL (B) özetledi, anizotropik özellikleri çözünürlüğünü gösteren eh değişim splitti ng ve geçiş süresi sınırlı çizgi kalınlığı. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.
Şekil 2. Deney Düzeneği şematik. ÖÇ-fonon destekli ölçümler için kullanılan basit bir spektrometre kurulum şematik gösterimi. ayarlanabilir diyot lazer, uzun pas (LP) ve kısa pas (SP) algılama bölgesini ayarlama için kullanılan filtreler hem belirtildiği, mikroskop objektif (MO), spektrometre ve sıvı azot CCD soğutmalı. uyarma ve algılama hem de kesikli kutular polarizasyon ölçümleri için gerekli isteğe bağlı değişken geciktirici bileşenleri (VR) ve polarize (Pol) temsil eder.ank "> bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayınız.
Şekil 3. Üç spektral Çözünürlük Karşılaştırması PL-tabanlı Yöntemler farklı yöntemler kullanarak ulaşılabilir çözünürlük örneği.; A ve B, spektrometre kafesler, CCD piksel genişliği çözünürlüğü sınırlar. (A) 918 nm etrafında olmayan rezonans uyarma ile tek bir spektrometre tarafından çözüldü gibi nötr exciton geçiş. spektral çözünürlük piksel başına yaklaşık 26 μeV ve anizotropik ha değişim bölme dışarı yapabilmek için çok büyük. (B) olmayan rezonans uyarma ile (A) ile aynı spektral bölge, ama çözünürlük 10 μeV olan üçlü katkı modunda ayarlandığında spektrometre ile. (C) fonon uydu i kullanarak çözülebilir gibi nötr exciton geçişn bu yarı-rezonans fonon destekli spektroskopisi yöntemi. iki tepe de çözülmüş ve 23.3 ± 0.1 μeV bir anizotropik ha değişim bölme veren bir çift Lorentz fonksiyonu ile uyum vardır. Düşük ve yüksek enerji zirveleri için çıkarılan FWHM değerleri 7.3 ± 0.1 μeV ve 9.6 ± 0.4 μeV, sırasıyla. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.
Bir QDM ve İlgili fonon destekli Ölçümü Şekil 4. PL Harita. (A) non-rezonans uyarma altında QDM düzenli çözünürlük önyargı haritası. önyargı haritası nötr doğrudan (X0) den emisyon ve dolaylı (iX0) Eksiton yanı sıra pozitif Trion (X +) gösterir. Ayrıca, lazer ile taranır hangi önyargı olduğunuetrafında 1.1 V. (B) direkt nötr eksiton yoluyla uyarma altında yüksek çözünürlüklü PL -1 fonon uydu kırmızı kutu ile gösterilir. Geçiş enerji sıcaklığını adım ile 951,657 nm (1,302.824 meV) sabit bir lazer enerjisi ile ayarlandı. -1 Fonon uydu sıfır fonon hatları altında yaklaşık 36 meV olduğu görülür. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.
Şekil 5. Eşyönsüz eh Yarma. 1,302.28 MeV merkezli anizotropik ha değişim bölme, bir Eğilim haritası Bias Haritası. önyargı haritası kabaca yaklaşık 1.7 & değişen, her lazer enerjisinin 2 mV artışlarla uygulanan gerilimi artırma ve enerji aralığında lazer enerjisini 37 kez basarak yapıldı# 181; eV her adımda. eh değişim enerjisinin ortalama bu önyargı bölge üzerinde 0.8 μeV bir standart sapma ile 25.4 μeV olduğunu. Stark vardiya uydurma görüntülenir. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Yazarlar ifşa hiçbir şey yok.
Acknowledgments
Yazarlar örnekleri çalışılan sağlamak için Donanma Araştırma Laboratuarı'nda Allan Bräcker ve Daniel Gammon kabul etmek istiyorum. Bu çalışma Kaliforniya Merced Üniversitesi Savunma Tehdit Azaltma Dairesi, Temel Araştırma Ödülü # HDTRA1-15-1-0011 tarafından (kısmen) desteklenmiştir.
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 |
References
- Germanis, S., et al. Piezoelectric InAs/GaAs quantum dots with reduced fine-structure splitting for the generation of entangled photons. Phys. Rev. B. 86, 1-4 (2012).
- Valenti, J. A., Fischer, D. A. Spectroscopic Properties of Cool Stars (SPOCS). I. 1040 F, G, and K Dwarfs from Keck, Lick, and AAT Planet Search Programs. ApJ. 159, 141-166 (2005).
- Oetiker, B., et al. Searching for Companions to Late Type M Stars. .Astro. Soc. Pac. Conf. Ser. 212, (2000).
- Seguin, R., Rodt, S., Schliwa, A., Potschke, K., Pohl, U. W., Bimberg, D. Size-dependence of anisotropic exchange interaction in InAs/GaAs quantum dots. Phys. Status Solidi B. 243 (15), 3937-3941 (2006).
- Belhadj, T., et al. Controlling the Polarization Eigenstate of a Quantum Dot Exciton with Light. Phys. Rev. Lett. 103 (1-4), (2009).
- Ulrich, S. M., et al. Control of single quantum dot emission characteristics and fine structure by lateral electric fields. Phys. Status Solidi B. 246 (2), 302-306 (2009).
- Vamivakas, A. N., et al. Observation of spin-dependent quantum jumps via quantum dot resonance fluorescence. Nature. 467, 297-300 (2010).
- Poem, E., et al. Polarization sensitive spectroscopy of charged quantum dots. Phys. Rev. B. 76, (2007).
- Flagg, E. B., et al. Resonantly driven coherent oscillations in a solid-state quantum emitter. Nature Phys. 5, 203-207 (2009).
- Scheibner, M., Bacher, G., Forchel, A., Passow, T., Hommel, D. Spin Dynamics in CdSe/ZnSe Quantum Dots: Resonant vesus Nonresonant Excitation. J. Supercond. Nov. Magn. 16 (2), 395-398 (2003).
- Faelt, S., Atature, M., Tureci, H. E., Zhao, Y., Badolato, A., Imamoglu, A. Strong electron-hole exchange in coherently coupled quantum dots. Phys. Rev. Lett. 100, 1-4 (2008).
- Vamivakas, A. N., et al. Strong Extinction of a Far-Field Laser Beam by a Single Quantum Dot. Nano Letters. 7 (9), 2892-2896 (2007).
- Scheibner, M., Economou, S., Ponomarev, I. V., Jennings, C., Bracker, A., Gammon, D. Two-Photon Absorption by a Quantum Dot Pair. Phys. Rev. B. 92, (2015).
- Palik, E. D. Handbook of Optical Constants of Solids. Vols. I and II. , Academic Press. New York. (1985).
- Kerfoot, M. L., et al. Optophononics with Coupled Quantum Dots. Nat. Commun. 5, 1-6 (2013).
- Scheibner, M., Bracker, A. S., Kim, D., Gammon, D. Essential concepts in the optical properties of quantum dot molecules. Solid State Commun. 149, 1427-1435 (2009).
- Bracker, A. S. Engineering electron and hole tunneling with asymmetric InAs quantum dot molecules. Appl. Phys. Lett. 89, 1-3 (2006).
- Doty, M. F., et al. Electrically Tunable g Factors in Quantum Dot Molecular Spin States. Phys. Rev. Lett. 97, 1-4 (2006).
- Stinaff, E. A., et al. Optical Signatures of Coupled Quantum Dots. Science. 311, 636-639 (2006).
- Tkachenko, N. V. Optical Spectroscopy: Methods and Instrumentations. , Elsevier. Amsterdam, Netherlands. (2006).
- Hecht, E. Optics. , 4th edn, Pearson Education Limited. Edinburgh Gate. (2014).
- O'Donnell, K. P., Chen, X. Temperature dependence of semiconductor band gaps. Appl. Phys. Lett. 58, 2924-2926 (1991).
- Stinaff, E. A., et al. Polarization dependent photoluminescence of charged quantum dot molecules. Phys. Stat. Sol. (c). 5 (7), 2464-2468 (2008).
- Jelezko, F., Wrachtrup, J. Single defect centres in diamond: A review. Phys. Stat. Sol. (a). 203 (13), 3207-3225 (2006).
- Doherty, M. W. The nitrogen-vacancy colour centre in diamond. Physics Reports. 528 (1), 1-45 (2013).
