Rezonans Floresans ortogonal uyarma ve algılama kullanarak düzlemsel boşluğunda bir InGaAs kuantum nokta

Bu protokolün genel amacı, ortogonal uyarma ve algılama modlarını kullanarak bir kuantum noktasının rezonans uyarımını ve eşzamanlı floresan algılamasını elde etmektir. Floresan algılama ile rezonans uyarımının gerçekleştirilmesi, düşük boyutlu nano yapılardaki hafif madde etkileşimlerini incelemek için gereklidir ve giysi durumları gibi kuantum optik etkileri göstermek için kullanılmıştır. Bu tekniğin ana avantajı, floresan polarizasyonunu koruyan lazer saçılmasının toplanmasını en aza indirmek için uyarma ve algılama modları arasında ortogonallik kullanmasıdır.

Bu tekniğin, son derece ayırt edilemez tek fotonların kuantum nokta tabanlı kaynakları ve kuantum noktalarındaki elektron dönüşlerinin tutarlı kontrolü ve ölçümü için etkileri vardır. Deneyin öğelerini optik bir tezgah üzerinde kurun. Numuneyi tutmak için bir kriyostat deneyin merkezinde yer alır.

Optik elemanlar, üç ışık kaynağının çıkışını yönlendirir ve odaklar. Bu şema, kuruluma genel bir bakış sağlar. Yine bir kriyostatta tutulan numune merkezdedir.

Bir ışık kaynağı, rezonans uyarımı için kullanılan harici boşluklu bir diyot lazerdir. Bir diğeri, bükülme üstü uyarma için kullanılan bir helyum neon lazerdir. Aydınlatma için bir LED de vardır.

Rezonans uyarma lazer ışını bir polarizörden geçer ve kriyostatın bir penceresinden girer. E1 ve E2 lensleri bir Kılcal teleskop oluşturur. E1, uyarma noktasının yanal olarak kaydırılmasına izin vermek için bir XY aşamasındadır.

E2, odak derinliğinin değiştirilmesine izin vermek için bir yakınlaştırma muhafazası içindedir. Aydınlatma kaynağından ve helyum neon lazerden gelen ışık, kriyostatın diğer penceresine girer. Numune içinde ışık, iki dağıtılmış Bragg reflektörü arasına gömülü indiyum galyum arsenit kuantum noktaları ile etkileşime girer.

Numunenin parçalanmış yüzü rezonans uyarma lazerine maruz bırakılır. Kuantum noktasından gelen fotolüminesans, helyum neon lazerin optik yolu boyunca geri hareket eder. İlkine benzer bir tasarıma sahip ancak birlik büyütme ile ikinci bir Kılcal teleskoptan geçer.

Hizalamayı kolaylaştırmak için numuneden gelen ışığı yakalamak için bir kamera konumlandırılmıştır. Yoğunluk ve spektral analiz için numuneden fotolüminesansı toplamak için bir spektrometre. Çevirmeli ayna M1'in konumu, ışığın kameraya mı yoksa spektrometreye mi gideceğini belirler.

İlk adım, deney için bir numune hazırlamaktır. Deney numuneleri, moleküler ışın epitaksisi kullanılarak büyütülen daha büyük bir numuneden ayrılır. Numuneye ek olarak, bir bakır numune plakası, termal olarak iletken boya, bir elmas çizici ve düz uçlu cımbız hazırlayın.

Numuneye elmas çizici ile yaklaşın. Numunenin üst yüzeyinin kenarında küçük bir çizik yapmak için kullanın. Ardından, numuneyi çiziğin her iki tarafında tutmak için cımbızı kullanın ve dışa doğru dönen bir tork uygulayın.

Bölünmüş numuneyi bakır numune plakasına taşıyın ve termal olarak iletken boya ile yapıştırın. Ardından, monte etmek için bakır numune plakasını kriyostata götürün. Numunenin deney için doğru yönlendirildiğinden emin olun.

Bir sonraki adım, kriyostata asferik bir objektif lensi takmaktır. Bu lens, üç serbestlik derecesine sahip bir translasyon yuvası ile sabitlenmiştir. Rezonans uyarma lazer yoluna aittir ve ışığı numunenin bölünmüş ucuna odaklar.

Başlangıçta, lens numuneden birden fazla odak uzaklığı olmalıdır. Lens kriyostattayken, uyarma lazerini açın ve lensi bunun üzerinde ortalayın. Lens yüksekliği, numunenin merkezinin yüksekliği ile aynı olmalıdır.

Ardından, numunenin arkasındaki lazer yolunda bir beyaz kağıt ekran kurun ve ekranı bir kızılötesi görüntüleyici ile gözlemleyin. Numuneden iletilen ışık nedeniyle parlak bir nokta olmalıdır. Lensi yavaşça örneğe doğru çevirin.

Görüntüleyici aracılığıyla ekranı gözlemleyin ve numunenin net bir siluet görüntüsü göründüğünde durun. Silueti parlak noktanın merkezinde ortalamak için lens konumunu ayarlayın. Lensi yavaşça örneğe doğru çevirmeye devam edin.

Ekrandaki siluet görüntüsü büyütülür ve yatay olarak kayabilir. Lensi, görüntüyü ortalayacak ve parazit saçakları görünene kadar büyütecek şekilde ayarlamaya devam edin. Lensi yavaşça örneğe doğru çevirin.

Her derinlik konumunda, objektifi sola ve sağa kaydırarak saçakları izleyin. Merceği, iki saçak grubu arasındaki boşluğu en üst düzeye çıkaran bir konuma getirin ve sabitleyin. Ardından, kağıt ekranındaki saçakları en aza indirmek için yanal lens konumunu ayarlayın.

Ardından, Kılcal teleskobu uyarma yolunda ayarlayın. İki lens, rezonans uyarma lazer ışını üzerinde ortalanmalıdır. Şemaya göre, E2 merceğini, kendisi ve asferik mercek odak uzunluklarının toplamıyla ayrılacak şekilde konumlandırın.

Ayrıca, E1 ve E2 arasındaki ayrımı odak uzunluklarının toplamı olacak şekilde ayarlayın. Lens E1'in yüksekliğini ayarlarken kağıt ekrandaki kırınım desenini gözlemlemek için kızılötesi görüntüleyiciyi kullanın. Amaç, girişim saçaklarını tekrar gözlemlemektir. E1'i sola ve sağa kaydırarak saçakları izlerken E2'yi ileri ve geri kaydırın.

E2'yi kenar gruplarının birbirinden en uzak olduğu konuma yerleştirin. Son olarak, saçakların kaybolması veya en aza indirilmesi için lens E1'i yanal olarak ayarlayın. Ekranı çıkarın ve kalan optik öğeleri yerleştirmeye ve hizalamaya devam edin.

Numuneyi 4.2 Kelvin'e soğutun ve spektrometri için hazırlanın. Cihaz bu şemadaki gibi yapılandırılmalıdır. Numuneyi helyum neon lazerle uyarın ve fotolüminesansı numuneden spektrometreye yönlendirin.

Elde edilen ölçülen emisyon spektrumundan, 860 ila 900 nanometre arasındaki emisyon tepe noktasını belirleyin. Bu, ıslatma tabakasından gelen emisyona karşılık gelir. Bir sonraki ölçüm için, kamerayı kullanmak için yapılandırmayı değiştirin.

Helyum neon ışığını engellemek için kameranın önünde uzun geçiren bir filtre kullanın. Ayrıca, aydınlatma ışığını açın. Kamera görüntüsünü gözlemlerken lens L2'yi yanlamasına kaydırın.

Örnek görüntü, lens hareketi tarafından kaydırılacaktır. Numunenin parçalanmış kenarını bulduktan sonra durun. Şimdi, dalga boyu ıslatma tabakası ile rezonans olacak şekilde ayarlanmış rezonans uyarma lazerini açın.

Kamerada, numunenin yarık kenarında parlak bir saçılma noktası belirleyin. Ardından, E1'in yatay konumunu ayarlayın. Amaç, kamerada bir fotolüminesans çizgisi modelini gözlemlemek ve yoğunluğunu en üst düzeye çıkarmaktır. Ardından, helyum neon uyarımının neden olduğu fotolüminesans noktasıyla çizgiyi üst üste getirmek için E1'i dikey olarak hareket ettirin.

Fotolüminesansın yoğunluğunu izleyin ve kaydedin. Yoğunluğu en üst düzeye çıkarmak için E1 ve E2 lenslerini sistematik olarak ayarlayın. Spektrometreyi kullanmak için yapılandırmayı tekrar değiştirin.

Kuantum nokta topluluğunun emisyon dalga boyunun merkezindeki birinci dereceden kırınımı izlemek için ayarlayın. Ardından, uyarma lazerine geçin. Frekansını kuantum nokta topluluğunun enerji aralığı boyunca ayarlayın.

Spektrometreye bağlı CCD kamera ile yayılan fotolüminesansı gözlemleyin. Rezonans olarak uyarılmış bir kuantum noktası, alan deseni olarak bilinen halkalarla çevrili bir disk olarak görünecektir. Çalışmak için parlak bir kuantum noktası seçin.

Rezonans uyarma lazerinin dalga boyunu ince ayarlayarak noktanın fotolüminesans yoğunluğunu en üst düzeye çıkarın. Maksimum yoğunluğu elde etmek için E1'i yanal olarak ve E2'yi eksenel olarak birlikte ayarlayın. Bu görüntü serisi, her görüntünün üst kısmında gigahertz cinsinden belirtildiği gibi farklı ayarlarda nötr bir kuantum noktasından alınmıştır.

Karşılaştırma için, bu seri, görüntülerin üst kısmında da belirtilen farklı ayarlamalarda yüklü bir kuantum noktasından alınmıştır. Yüklü durum yalnızca spektrum kullanılarak belirlenemez. Nötr kuantum nokta görüntülerini kullanmak ve yoğunluğu görüntü merkezinin dört piksellik bir yarıçapı içinde entegre etmek, spektrumu verir.

Bu spektrum, yüklü kuantum nokta görüntüleri ve altı piksel yarıçapı ile benzer bir prosedürün sonucudur. Turuncu noktalar normalleştirilmiş rezonans fotolüminesans uyarma yoğunluğunu temsil eder. Mavi kareler, karşılık gelen görüntü kümesinden elde edilen verilerdir.

Bu görüntüler, monoton olarak soldan sağa doğru artan farklı rezonans dalga boylarına sahip sekiz farklı kuantum noktasından alınmıştır. Çevreleyen halkalara sahip bir merkezi alan diskinin deseni, bir kuantum noktasının tipik görüntüsüdür. Halkaların ve diskin yarıçapları, boşluk modlarının dalga boylarının ve emisyon açılarının birbirine bağımlılığı nedeniyle değişir.

Genel olarak, bu yönteme yeni olan kişiler, hizalama çok hassas olduğundan ve maliyet unsurunun oda sıcaklığında yapılması gerektiğinden, numunenin dalga kılavuzuna lazer ışığı ile mücadele edeceklerdir. Deney bileşenleri hazırlandıktan sonra, uygun şekilde gerçekleştirilirse hizalama birkaç saat içinde yapılabilir. Bu prosedürü denerken, uyarma lazerlerini doğru bir şekilde konumlandırmak için girişim saçaklarını izlemek önemlidir ve numune yüzeyinin yüksek kaliteli görüntülenmesi, uyarma ve algılama yollarının hizalanmasına izin vermek için kritik öneme sahiptir.

Bu prosedürü takiben, algılama yolu, bir polarizasyon analizörü veya ayarlanabilir bir Fabry-Perot interferometresi gibi başka elemanlar içerecek şekilde değiştirilebilir. Bu teknik, katı hal kuantum optiği alanındaki araştırmacıların, kuantum noktaları gibi sıfır boyutlu yapılardaki rezonans olaylarını keşfetmelerinin yolunu açtı. Bu videoyu izledikten sonra, ortogonal uyarma ve algılama modlarını kullanarak bir kuantum noktasının rezonans uyarımının ve eşzamanlı floresan algılamanın nasıl elde edileceğini iyi anlamış olmalısınız.