Engineering

ارتفاع بمساعدة فونون الدقة شبه الرنين الإسفار الطيفي

Published: June 28, 2016 doi: 10.3791/53719

Cyprian Czarnocki¹, Mark L. Kerfoot¹, Joshua Casara¹, Andrew R. Jacobs¹, Cameron Jennings¹, Michael Scheibner¹

¹School of Natural Sciences, University of California, Merced

Abstract

ويطالب القرار السامي طرق التحليل الطيفي البصرية سواء من حيث التكنولوجيا والمعدات والتعقيد، والوقت، أو مزيج من هذه. نحن هنا لشرح طريقة التحليل الطيفي الضوئي التي هي قادرة على حل ميزات الطيفية أبعد من ذلك التركيب الدقيق تدور وlinewidth متجانس من النقاط الكمومية واحدة (نقاط الكمية) باستخدام معيار، والإعداد مطياف سهلة الاستخدام. يتضمن هذا الأسلوب على حد سواء الليزر والتحليل الطيفي معان ضوئي، والجمع بين ميزة الليزر خط عرض قرار محدود مع الكشف عن معان ضوئي متعدد القنوات. هذا المخطط يسمح لتحسن كبير في قرار على أن من مطياف مرحلة واحدة مشتركة. يستخدم الأسلوب الفونونات للمساعدة في قياس معان ضوئي من نقطة كمومية واحدة بعد الإثارة الرنانة الانتقال الحالة الأرضية. فرق الطاقة والطاقة الصوتية ويسمح احد لفصل وتصفية ضوء الليزر إثارة النقطة الكمومية. والحديد المفيدature هذا الأسلوب هو التكامل على التوالي إلى الأمام لها في الاجهزة الطيفي القياسية، والتي هي في متناول معظم الباحثين.

Introduction

ارتفاع القرار هو المفتاح لفتح معارف جديدة. مع هذه المعرفة، والتكنولوجيات الجديدة يمكن تطويرها مثل أجهزة الاستشعار أفضل، وأدوات التصنيع أكثر دقة، والأجهزة الحاسوبية أكثر كفاءة. توليد هذا المفتاح، ومع ذلك، غالبا ما يأتي بتكلفة عالية من الموارد والوقت أو كليهما. موجود في كل مكان هذه المسألة عبر جميع المستويات من الفيزياء الذرية من حل degeneracies رفع الإلكترون يدور في الفلك حيث تحول الطيفي صغيرة يمكن أن تؤدي إلى الكشف عن الكواكب بجانب النجوم البعيدة. ^1،2،3

ويركز هذا العمل على استخدام الإعداد مطياف القياسية والتي تبين كيف يمكن حل السمات الطيفية تحت الحد المسموح قرارها، خاصة فيما يتعلق في مجال البصريات أشباه الموصلات. على سبيل المثال قدمت هو أن من متباين الخواص الإلكترون حفرة (إيه) تبادل تقسيم في ايناس / الغاليوم نقاط الكم (نقاط الكمية)، والتي تقع على حدود بضع μeV ⁴ الحد قرار مطياف جويمكن التغلب عليها من خلال الجمع بين تقنيات PL والتحليل الطيفي ليزر القياسية. هذا الأسلوب من مضان شبه صدى له فائدة إضافية تتمثل في تحقيق الليزر قرار محدود باستخدام شائعا مرحلة واحدة مطياف.

نظام التحليل الطيفي الضوئي القياسي لاحد الطيفي QD PL يتكون من مرحلة واحدة 0،3-،75 م مستوحد اللون والمسؤول إلى جانب جهاز (CCD) كاشف جنبا إلى جنب مع مصدر الليزر الإثارة والبصريات. مثل هذا النظام هو في أحسن الأحوال قادرة على حل 50 μeV في الطيف القريب من الأشعة تحت الحمراء نحو 950 نانومتر. حتى مع استخدام الأساليب الإحصائية وdeconvolution، مثل هذا الإعداد مستوحد اللون واحد غير قادر على حل أقل من 20 μeV في القياسات PL. ⁵ يمكن أيضا تحسين هذا القرار باستخدام مطياف الثلاثي، في وضع مضافة الثلاثي، حيث الطيف فرقت تباعا من قبل جميع حواجز شبكية الثلاثة. مطياف الثلاثي في الاستفادة من زيادة القرار، قادرة على حلحوالي 10 μeV. في تكوين بديل، وضع مطروح الثلاثي، وحواجز شبكية الأولين تتصرف كمرشح تمرير الفرقة، وإعطاء ميزة إضافية تتمثل في أن تكون قادرة على الفصل بين الإثارة والكشف عن طريق أقل من 0.5 إلكترون فولت. العيب من مطياف الثلاثي هو أنه نظام مكلف.

قبل تقديم طريقة الفائدة، ونحن نناقش بإيجاز النهج تجريبية أخرى، مع التعقد، وتحقيق حل الطيفي أفضل وتكون قادرة على حل التركيب الدقيق للنقاط الكمية واحدة. عناصر هذه الأساليب هي ذات الصلة إلى الطريقة المعروضة. واحدة من هذه الطريقة هو إضافة تداخل فابري بيرو (FPI) في مسار الكشف عن الإعداد طيف واحد. ⁶ باستخدام هذه الطريقة يتم تعيين القرار الذي براعة من FPI. وبالتالي، تم تحسين دقة مطياف ل1 μeV، على حساب تعقيد المضافة وأقل كثافة إشارة ⁷ طريقة تداخل أيضا تغيير operati العامعلى من مطياف مع كاميرا CCD، لتصبح فعالة للكشف عن نقطة واحدة، وحققت ضبط من خلال مختلف الطاقات عن طريق ضبط تجويف FPI نفسها.

مضان بالرنين (RF) التحليل الطيفي، طريقة أخرى حيث تحول بصري واحد على حد سواء متحمس ومراقبتها كما يقدم وعد عالية الدقة التحليل الطيفي. القرار الطيفي يقتصر فقط من عرض الخط الطيفي لليزر ويحافظ على اتفاقية مكافحة التصحر كما كشف متعدد القنوات، حيث لا استشعار واحد فقط هو الكشف عن الإشارات ولكن عددا من بكسل CCD. هذا الكشف متعددة هو مفيد من حيث المتوسط إشارة. ويتمثل التحدي في RF الطيفي هو فصل إشارة PL من الخلفية أكبر من ضوء الليزر منتشرة، وخاصة عند قياس مستوى QD واحد. ويمكن استخدام عدد من التقنيات لخفض نسبة إشارة إلى ضوء الليزر المنتشرة، والتي تنطوي إما الاستقطاب ^8، ⁹ المكاني أو الزماني الفصل ¹⁰من الإثارة والكشف. الأول هو استخدام المستقطبات انقراض عالية لقمع الضوء المتناثرة، ولكن هذا الأسلوب له نتائج سلبية من فقدان المعلومات الاستقطاب من PL ⁸ أسلوب آخر ممكن للحصول على مضان بالرنين هو مهندس نظم أشباه الموصلات التي تقترن إلى تجاويف البصرية حيث يتم فصل مكانيا الإثارة وكشف المسارات. هذا يلغي قضية الحاجة إلى حل إشارة PL من الخلفية ليزر كبيرة. ومع ذلك، يقتصر هذا الأسلوب لتصنيع نموذج معقد وهو في الموارد العامة المكثفة. ⁹

فئة أخرى من الطرق التي هي أيضا قادرة على حل الخلافات الطاقة دقيقة هي أن التحليل الطيفي ليزر النقي، مثل انتقال الفرق، والتي لديها مصلحة تحقيق الدقة محدودة الليزر مع المعلومات الاستقطاب كاملة. يتطلب هذا الأسلوب عادة القفل في كشف لمراقبة التغيرات ضئيلة في العابرةإشارة مهمة مقارنة بما كان عليه من الخلفية ليزر كبيرة. ¹¹ وفي الآونة الأخيرة، والتقدم في nanofabrication أدت إلى دفعة من جزء من ضوء الليزر التي تتفاعل مع QD (ق) إلى قيم تصل إلى 20٪، وذلك إما باستخدام مادة صلبة مطابقة مؤشر العدسات الغمر أو تضمين النقاط في الدليل الموجي الكريستال الضوئية. ¹²

على الرغم من أن هذه الأساليب لديها القدرة على تحقيق حل طاقة عالية، وأنها تأتي على حساب معدات باهظة الثمن، تصنيع نموذج معقد وفقدان المعلومات. الأسلوب في هذا العمل يجمع بين عناصر من هذه الطرق الثلاث دون إضافة التعقيد في الأجهزة أو عينة تلفيق لإعداد PL منتظم.

وقد أظهرت الأعمال الأخيرة التي مع نظام مطياف الثلاثي في وضع مطروح، فمن الممكن تصور هيكل غرامة القميص-الثلاثي في الطيف انتقال ثنائي الفوتون من نقطة الكم جزيء (قعدتم). ⁽¹³⁾ تقسيم الطاقة تشارك في الترتيبمن عدد قليل من عشرات μeV تم حلها باستخدام وضع مطروح الثلاثي، والذي سمح لإثارة التحولات resonantly وكشف في غضون اقل من إلكترون فولت. تم استخراج المعلومات الطيفية من خلال رصد أدناه الانتقال باستخدام الفونونات الصوتية وغيرها من التحولات الكذب منخفضة الأكسيتون. ويمكن أيضا أن تطبق هذه الطريقة لحل متباين الخواص إيه الصرف تقسيم وحتى linewidth محدودة مدى الحياة من الانتقال الأكسيتون من 8 μeV و 4 μeV على التوالي كما رأينا في الشكل 1. مماثلة إلى هذه النتيجة، وسوف تركز هذه الورقة على بسيط الإعداد مطياف التي ستضم العديد من المزايا التي أساليب أخرى عالية الدقة تملك. وبالإضافة إلى ذلك CCD ستبقى كما كشف متعدد القنوات. ويمكن أيضا أن الإعداد التجريبية أن تبقى نسبية وغير مكلفة إلى حد ما إلى أساليب أخرى الطيفي عالية الدقة، ولها فائدة إضافية تتمثل في أن تعديلها بسهولة لتحقيق قياسات نقطة ارتباط واحدة. وخلافا للالنقيب نتيجةز الفونونات الصوتية ومطياف الثلاثي، والمفتاح الأساسي هو الاستفادة من الأقمار الصناعية LO-الطاقة الصوتية المرتبطة أشباه الموصلات وسبائك ذات الصلة التي تشكل عينات أشباه الموصلات. فصل الطاقة بين الأقمار الصناعية LO-الطاقة الصوتية وخط الصفر الطاقة الصوتية (ZPL) هو بناء على أمر من عشرات إلكترون فولت لهذه العينات، والسماح للاستخدام مطياف مرحلة واحدة ^(14). وهذا الفصل الطاقة يسمح للاستخدام من شبه المقترحة طريقة التحليل الطيفي -resonance من قبل القيادة resonantly الانتقال والرصد تحت الإثارة عن طريق الطاقة يساوي واحد فونون LO. هذه التقنية هي مماثلة لتلك التي PL الإثارة حيث يثير واحد إلى الانتقال متحمس ويراقب انتقال الدولة الأرض. ¹⁵ والفصل بين المرحلة الانتقالية يجري متحمس وأن القمر الصناعي LO-فونون يسمح باستخدام مرشحات تمرير حافة لقمع المتناثرة مطاطيا ضوء. هذه الطريقة من استخدام الأقمار الصناعية فونون يسمح لعرض الخط الطيفي لليزر قرار محدودمنذ مثيرة resonantly التحول عادة ما يكون هو المرة الوحيدة التي يصبح الانبعاثات الفضائية LO-فونون مرئية.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

ملاحظة: المنهجية المبينة هي محددة لبرنامج معين، على الرغم من حزم البرامج الأخرى يمكن أن تستخدم بدلا من ذلك.

1. إعداد نموذج ويبرد

افتعال العينة.
1. تنمو العينة، وذلك باستخدام طريقة النمو Stranski-Krastanov عبر تنضيد الشعاع الجزيئي خلق اثنين مكدسة رأسيا إيناس / الغاليوم نقاط الكمية الذاتي تجميعها التي يتم فصلها بواسطة حاجز النفق 4 نانومتر كما هو موضح سابقا. ¹⁶ اعرضها للنقاط الكمية في هيكل تأثير المجال الكهربائي (أي شوتكي الصمام الثنائي) مما يسمح لحقل كهربائي ليتم تطبيقها على QDMs ¹⁷
  ملاحظة: استخدام QDMs ليس شرطا للأسلوب. أيضا، وأشباه الموصلات إيناس / الغاليوم ليست ضرورية، فإن تقنية تعمل من أجل QDMs أو نقاط الكمية المصنوعة من مزيج أي أشباه الموصلات.
2. افتعال العينات بحيث نقاط الكمية الفردية يمكن معالجتها بصريا. القيام بذلك عن طريق إما إضافة قناع فتحة إلى الأعلى من العينة أو متخاذ منخفضة الكثافة العينة مع 10 ⁸ نقاط الكمية / سم ² أو أقل اعتمادا على حجم البقعة البؤري ¹⁸
جبل العينة في رأس رقاقة.
1. تطبيق سبيكة تتكون من 50٪ البزموت، 26.7٪ من الرصاص، 13.3٪ من الصفيح، و 10٪ الكادميوم على رأس رقاقة السيراميك. تسخين شرائح باستخدام صفيحة ساخنة حتى يسيل سبيكة. وضع الجزء السفلي من العينة على سبائك المسال إرفاقها إلى رأس رقاقة.
  ملاحظة: الجزء السفلي من عينة واحدة من الأقطاب الكهربائية من الصمام الثنائي شوتكي ونقطة لحام إلى رأس رقاقة متصلة دبوس. بديل آخر لربط العينة موصل الايبوكسي الفضة.
الالتزام 40 G سلك الذهب من وجهة نظر (الزاوية العلوية) من العينة إلى دبوس على رقاقة.
1. وضع قطرة من الايبوكسي الفضة في الزاوية العليا من العينة، وقطرة واحدة على واحدة من منصات دبوس على رقاقة.
2. وضع بعناية السلك الذهب في قطرات اثنين.
  ملاحظة: الجزء العلوي من رانه العينة القطب الآخر من الصمام الثنائي شوتكي التي تسمح للتطبيق مجال كهربائي.
جبل الشريحة والعينة إلى ناظم البرد وضمان العينة لديها اتصال الحراري الجيد مع صاحب العينة النحاس.
1. تطبيق احباط الإنديوم بين رقاقة وإصبع البارد ناظم البرد و.
2. الضغط جبل الشريحة إلى إصبع البارد. استخدام اثنين من البراغي مع غسالات وتشديد بحزم لضمان الاتصال الحراري الجيد مع النحاس إصبع البارد ناظم البرد و.
نعلق الأسلاك من المسامير رقاقة التي ترتبط بكل من الأقطاب الكهربائية العلوية والسفلية على العينة. تشغيل هذه الأسلاك من خلال ناظم البرد إلى متر المصدر.
ملاحظة: متر مصدر ينطبق على التحيز لأقطاب العينة، وفضح نقاط الكمية إلى حقل كهربائي خارجي.
إخلاء وجلب الغرفة ناظم البرد وعينة لفراغ. بدء تشغيل المضخة التوربينية، إجلاء نحو 10 ^-6 عربة استعدادا للتهدئة من سامسبيل.
ملاحظة: يتم إنجاز التبريد والتحكم في درجة الحرارة للتجربة مع ناظم البرد الذي يتكون من ثلاجة دورة مغلقة وحجرة العينة المجهر المرفقة.
بدء ضاغط ناظم البرد و. السماح للناظم البرد لتبريد النظام حتى الوصول إلى درجة الحرارة المطلوبة.
ملاحظة: للحصول على النتائج المقدمة كانت درجة الحرارة حوالي 18 ك مرة واحدة يتم تبريد العينة، والإعداد جاهز لتركيب البصريات من شأنها أن تسمح لقياس بصري الواجب اتخاذها.

الإعداد 2. البصريات

ملاحظة: للحصول على وضع كل ما يصل إجراءات تشغيل الليزر، متر المصدر، مطياف وCCD إما عن طريق استخدام البرامج المقدمة من قبل الشركة المصنعة أو برنامج مخصص الآخرين.

لجمع PL، وضع منذ فترة طويلة المسافة العمل 50X المجهر موضوعية والموازاة عدسة تمشيا مع العدسة التي تركز إشارة PL على مطياف. جمع الطيف من خلال 0.75 ملمonochromator حيث تتوزع إشارة من قبل 1100 مم ^-1 صريف والكشف باستخدام النيتروجين السائل يبرد 1340 × 100 بيكسل CCD.
باستخدام مصدر ضوء أبيض، إلقاء الضوء على عينة.
1. التركيز على صورة العينة من خلال كاميرا خارجية ومطياف عن طريق مواءمة بشكل صحيح عن البصريات على الجانب الكشف (أي الموازاة وتركز العدسة) وعند مستوى الصفر الطول الموجي الحصول على صورة مركزة نظيفة من العينة على اتفاقية مكافحة التصحر مطياف.
  ملاحظة: من المفيد أن يكون كاميرا أخرى التصوير الخارجية للمساعدة في محاذاة والحصول على صورة واضحة من العينة.
بعد تعيين الجانب كشف تصل، والتركيز الليزر على العينة. تركيز شعاع بقعة إلى أصغر حجم ممكن على عينة باستخدام عدسة. استخدام الليزر الصمام الثنائي الانضباطي مع مجموعة الإثارة التي تحتوي على طاقات الانتقال دولة أرض الواقع. تعيين حادثة الليزر لعينة في زاوية مائلة. ميزة من الإصابة المائل هيأنه يساعد على التخلص من جزء كبير من ضوء الليزر متناثرة.
تثير العينة في ارتفاع الطاقة غير الرنانة. على النحو الأمثل، القيام بذلك عن طريق إثارة في طاقة تحت طبقة التبول. لQDMs إيناس / الغاليوم في هذه الدراسة وهذا يتوافق مع 75 إلكترون فولت أو أكثر فوق التحولات دولة أرض الواقع.
تشغيل برنامج الحصول على الطيف في وضع التركيز. مسح العينة عبر بقعة الليزر باستخدام مرحلة الترجمة XY وهو يعلق على ناظم البرد السكن عينة الفحص المجهري. القيام بذلك حتى يلتقط CCD مطياف خطوط منفصلة من التحولات دولة أرض الواقع. توسيط الكشف على أحد QDMs.
ملاحظة: مرة واحدة تم العثور على قعدتم، يتم الانتهاء من الإعداد البصرية. لعينات استخدام الطاقات دولة أرض الواقع لا حول 1300 إلكترون فولت.
إنشاء مخطط التحيز.
1. تطبيق الإمكانات عبر العداد مصدر (الخطوة 1.5) متصلا الأقطاب على عينة. وهذا ينطبق على التحيز عبر الأقطاب بدوره توليد مجال كهربائي إلى قعدتمالصورة.
  ملاحظة: مجموعة التحيز تطبيقها على عينة 0-2 V عبر هيكل شوتكي الصمام الثنائي. هذا هو عندما يكون الجهاز في عكس التحيز، والحقل الكهربائي يحد من كمية التهم في قعدتم السماح للدول تهمة الفردية لتكون واضحة.
2. خذ الأطياف الفردية على مختلف القيم الجهد متزايد، اعتمادا على الدقة المطلوبة هذا يتراوح عادة من المئات إلى الألف من فولت. الجمع بين هذه الأطياف الفردية معا باستخدام برنامج مخصص (على سبيل المثال، ابفيف).
  ملاحظة: يمكن للبرنامج أن تكون مشفرة بسهولة باستخدام مجموعة واسعة من البرامج المختلفة على الجمع بين الأعمدة متجه أطياف الفردية في المصفوفة، في التجربة قدمت تمت إضافة هذا في لغرزة معا البيانات في الوقت الحقيقي.
  1. انقر على زر التشغيل لاتخاذ خريطة التحيز. هذا يستغرق الأطياف في التحيز مجموعة وجعلها ناقلات العمود، ثم يضيف كل أطياف تحيز متزايد كما عمود آخر.
    ملاحظة: هذا يولد ماتري البياناتx حيث تتوافق مع قيم الكثافة لشدة PL، الصفوف تمثل الطاقة / الطول الموجي، والأعمدة تتوافق مع الجهد. وينبغي أن تكون الخريطة التحيز للعرض كما يتم تشغيله، مما يتيح ردود الفعل مباشرة على نوعية البيانات.
    ملاحظة: خريطة التحيز يساعد على تحديد تكوينات تهمة مختلفة ويعطي المعلومات الصحيحة لاستكمال الإعداد لكل من الإثارة ومسارات الكشف.
تحديد المرحلة الانتقالية التي من شأنها أن تكون سعيدة. لاحظ الطاقة من المرحلة الانتقالية ومدى تحيز الفائدة.
1. في هذه المرحلة تقرر كيف سيتم ضبطها الإثارة الليزر خلال الفترة الانتقالية. هناك ثلاثة خيارات مختلفة للحصول على ليزر لتثير في انتقال الدولة الأرض:
  1. ضبط الطاقة الانتقال من درجة حرارة ¹⁸
  2. استخدام التحول ستارك للانتقال إلى تحقيق الرنين مع طاقة الليزر. ¹⁹
    ملاحظة: هناك ميزة جميلة من طريقتين المذكورة أعلاه طالصورة أنه لا حاجة لمصدر ليزر الانضباطي، حيث يتم ضبطها التحولات قعدتم من خلال طاقة الليزر ثابتة.
  3. بدلا من ذلك، استخدام مصدر ليزر الانضباطي، يخطو طاقات الليزر خلال الفترة الانتقالية. وهناك إشارة كشف أن يكون حاضرا عند الليزر الرنانة مع المرحلة الانتقالية، وهذا يعطي قياس الليزر قرار الطيفي المحدود. وسوف يكون هذا التركيز لبقية البروتوكول.
مع تحديد الفترة الانتقالية وتعيين المعلمات التجريبية، حدد كلا الإثارة والكشف عن الطاقات للقياس.
1. اختر طاقة الإثارة كما أن الفترة الانتقالية. اختيار كشف عن الطاقة الانتقال متحمس ناقص طاقة الضوئية (LO) الطاقة الصوتية الطولية المرتبطة سبيكة أشباه الموصلات. باستخدام هذه القيم، واختيار المناسبة مرشحات حافة النجاح في القياس؛ يجب أن يكون لديك انقطاع في فترة ما بين الإثارة والكشف عن الطاقات.
  ملاحظة: للحصول على experimوقدمت النتائج ental، كان الانتقال مدفوعة محايد الأكسيتون دولة أرض الواقع هو مبين في الشكل (3)، لوحظ في 1،301.7 إلكترون فولت، ويقع -1 LO انبعاث الطاقة الصوتية في 1266 إلكترون فولت، أي ما يعادل 952.5 نانومتر و 979.3 نانومتر، على التوالي. لذا نستخدم 960 نانومتر تصفية قصيرة النجاح في الإثارة و960 نانومتر تمريرة طويلة مرشح للكشف. تدخل قطع المرشحات هي مثالية لهذا الغرض لأنها يمكن ضبطها من خلال تعديل زاوية.
تعيين ليزر لتثير في الطاقة التحول من الاهتمام، والتي تتم ببساطة عن طريق إدخال قيمة الطول الموجي ليزر المطلوب في حقل الإدخال المناسب على اللوحة الأمامية للبرنامج حاسوبي لمراقبة الليزر.
تعيين الطول الموجي المركز إلى قيمة محددة سلفا لرصد -1 الفوتون LO عن طريق إدخال قيمة مركز الطول الموجي المطلوب في حقل الإدخال المناسب على اللوحة الأمامية للبرنامج حاسوبي لمراقبة الطيف.
ملاحظة: -1 LO الفوتون لإيناس / الغاليوم هو approximately 36 إلكترون فولت أدناه الانتقال الأكسيتون التي من شأنها أن تكون سعيدة.
باستخدام برنامج الكاميرا، وبدء جمع مع اتفاقية مكافحة التصحر عن طريق تشغيل برنامج الحصول على الطيف في الوضع المستمر عن طريق النقر على زر وضع التركيز. وينبغي أن يكون إشارة مرئية أو لا يزال من الممكن مخبأة من قبل مبعثر الليزر.
تعظيم إشارة. خطوة حاسمة: لحن الإثارة قصيرة تمرير مرشح، من خلال تعديل طفيف زاويته بحيث أنه يحتوي على قطع الطول الموجي المناسب.
ملاحظة: يتم تأسيس الزاوية المثلى من خلال رصد إشارة حين تعديل زاوية مرشح تمريرة قصيرة. عن طريق تغيير زاوية تصفية هذا يغير قطع الطول الموجي. والمفتاح هو للتأكد من أن الكثير من ضوء الليزر ممكن يتم منعها من المجموعة.

إعداد القياس 3. شبه الرنين

تعيين المعلمات التجريبية على الضوابط الكمبيوتر باستخدام الشاشة الرئيسية للبرنامج الجمركي. للقيام بذلك، قم بتشغيل برنامج جمع وانقر على عشرالبريد الاستقطاب الخطوة، درجة الحرارة، أو علامة التبويب WL. هذا يحدد كل القيم التجريبية ومرة واحدة المدى، بجمع البيانات من خلال معايير مختلفة.
ملاحظة: لأخذ البيانات لدينا تجربة في وجميع الضوابط الكمبيوتر مبرمجة المخصصة. والمفتاح هو أن يكون البرنامج أو البرامج قادرة على ضبط الطول الموجي وسط الطيف، والسيطرة على اتفاقية مكافحة التصحر ومصدر متر، وخطوة للطاقة الليزر من خلال التحول في حين جمع مجموعة من أطياف في التحيزات المختلفة.
1. إدخال مجموعة طاقة الليزر أثبت أن الليزر سوف تفحص من خلال: من حوالي 50 μeV فوق محايدة الطاقة الأكسيتون الانتقال من 1،301.7 مليون الكترون فولط، 50 μeV أدناه. تعيين الطول الموجي الأولي لبدء المسح الضوئي باستخدام "المطلوب WL (س.خ)" الميدان. تعيين نطاق نهاية ليزر لمسح أكثر من ( "وحدة موتور النهاية").
2. تعيين نطاق التحيز التي متر المصدر ان من خلال المسح عن طريق النقر على علامة التبويب "إعدادات الجهد". تعيين ابتداء فال التحيزرق ( "الجهد ابدأ (V)")، وقيمة نهاية التحيز "الجهد النهاية (V)" والانحياز حجم الخطوة "الجهد الخطوة (V)". هنا، كان نطاق التحيز الممسوحة ضوئيا 1،68-1،82 V.
3. إدخال الوقت التكامل اختيار عن طريق النقر على علامة التبويب "إعدادات الكاميرا". ضبط الوقت التكامل لاتفاقية مكافحة التصحر تحت عنوان "التعرض (ق)" (راجع إلى الخطوة 3.3). حدد وقتا التكامل معقول لاتفاقية مكافحة التصحر. التجربة مع الوقت التكامل للحصول على إشارة جيدة. وكلما زاد الوقت التكامل إشارة المتوسط أفضل أن يتم الحصول عليها. ²⁰
  ملاحظة: كانت الأوقات التكامل المستخدمة في التجربة 10 ثانية. ولكن، يمكن مرات التكامل تكون منخفضة مثل 0.5 ثانية، اعتمادا على قوة الإشارة PL. في بعض الأحيان أنه ليس من الضروري أن نرى إشارة في المسح الفردية ولكن عند خياطة أطياف معا خلاصة البيانات بالإضافة إلى قدرة العين على أقحم سوف تكشف عن التحولات في خريطة معان ضوئي الإثارة (PLE).
4. الحصول على البيانات
1. مرة واحدة يتم وضع المعلمات التجريبية بدء التجربة. بدء جمع بالضغط على زر التشغيل.
  ملاحظة: في كل طاقة الليزر البرنامج يختلف التحيز اتخاذ طائفة وطائفة الخلفية. ويتم ذلك عن كل خطوة التحيز. ثم طاقة الليزر متنوعة ويستمر العملية حتى مجموعة كاملة المختار كاملة.
2. بعد عملية البيانات.
  1. خذ مسح الخلفية الإضافية التي تؤخذ في نهاية كل خريطة التحيز وطرح المتوسط من كل من الأعمدة التحيز. استخدام برنامج خلفية الطرح، أو كتابة برنامج يأخذ الأعمدة الخلفية، المتوسطات بعضهم البعض، وطرح هذا المتوسط أطياف الخلفية من كل عمود التحيز في مصفوفة البيانات. ملاحظة: انظر الرمز الإضافي الملف للبرنامج المستخدم في مختبرنا.
    ملاحظة: هذا يزيل اشارات غامضة الأخرى الناجمة عن أي الضوء المتناثرة الليزر المتبقية، إلى حد كبير ايمتثبت خريطة التحيز.
3. تحليل البيانات.
  1. على سبيل المثال، لاستخراج المعلمات مميزة من الخطوط الطيفية تستخدم البرنامج المناسب الرياضي لتشغيل Lorentzian المناسب في كل شريحة تحيز الخريطة PL ²¹ وبمجرد الانتهاء من الإجراء المناسب فإن كل المعلومات ستكون في معاملات المناسب لمثل كما أقصى كثافة، موقع الطيفي وFWHM.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

النتائج المقدمة في الأرقام تظهر قدرات عالية الدقة باستخدام الفونونات للمساعدة في قياس PL. التخطيطي (الشكل 2) يدل على أنه مع استثناء من المرشحات حافة تمر على كل من الإثارة والكشف، ويبقى الإعداد التجريبية الإعداد الطيفي القياسية، مع إضافة اختياري للتحكم الاستقطاب. مقارنة مع مطياف واحد وثلاثة أضعاف (الشكل 3) يصور تحسين طريقة بمساعدة فونون العظيم إلى قرار. يتم عرض إيه تقسيم متباين بشكل واضح مما يسمح لقياسات دقيقة للتقسيم (الشكل 4). يسمح طريقة واحدة لجعل بسهولة القياسات linewidth محدودة مدى الحياة من التحولات QD (الشكل 5). تركيب قمم مع وظائف Lorentzian يكمل تحليل البيانات؛ استقراء من نوبات، فمن الممكن لاستخراج كلا من تقسيم وكاملنصف الحد الأقصى العرض. وعلاوة على ذلك، فإن هذا الأسلوب شبه الرنين يمكن إدراجها مع مطياف الثلاثي في وضع مطروح الثلاثي (الشكل 1) لمراقبة التحولات تقع ضمن نطاق 0.5 إلكترون فولت.

شكل 1
قياس الرقم 1. الصوتية-الطاقة الصوتية، بمساعدة. قدرات تقنية التحليل الطيفي شبه الرنين. (A) كثافة الذروة من الأكسيتون محايد دولة الأرضي من قعدتم كما رأينا في PL. الخط الأحمر يشير إلى الإثارة شبه الرنين. يتم ضبطها (ب) PL في ذيل الانتقال الأكسيتون مثل الانتقال إلى صدى مع الليزر. باستخدام مطياف الثلاثي في وضع مطروح الثلاثي، يتم فصل الإثارة والكشف عن طريق أقل من 1 إلكترون فولت. (C) تتلخص شبه الرنانة PL من (ب)، والتي تصور حل ملامح متباين الخواص إيه الصرف splitti نانوغرام وlinewidth محدودة عمر المرحلة الانتقالية. الرجاء النقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 2. إعداد التجريبية التخطيطي. تمثيل تخطيطي من الإعداد مطياف بسيط يستخدم للقياسات بمساعدة LO-الطاقة الصوتية. وأشار هي ليزر ديود الانضباطي، سواء طويل تمرير (LP) والفلاتر المستخدمة لضبط منطقة الكشف تمرير قصير (SP)، الهدف المجهر (MO)، مطياف، والنيتروجين السائل يبرد CCD. صناديق متقطع على كل من الإثارة والكشف تمثل المكونات الاختيارية من مثبط متغير (VR) والمستقطبات (بول) اللازمة لقياس الاستقطاب.عنخ "> الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل (3)
طرق الشكل 3. المستندة إلى PL الطيفي قرار مقارنة بين ثلاثة مثال هذا القرار يمكن تحقيقه باستخدام أساليب مختلفة؛ في ألف وباء، وحواجز شبكية طيف وCCD عرض بكسل تحد من القرار. (A) محايد الانتقال الأكسيتون كما حلها عن طريق مطياف احد مع الإثارة غير الرنانة حول 918 نانومتر. القرار الطيفي حوالي 26 μeV لكل بكسل وكبير جدا لتكون قادرة على جعل من متباين الخواص إيه الصرف تقسيم. (ب) المنطقة الطيفية نفسها كما في (A) مع الإثارة غير الرنانة، ولكن مع مطياف المنصوص عليها في وضع مضافة الثلاثي، حيث القرار 10 μeV. (C) محايد الانتقال الأكسيتون كما تحل باستخدام ط الفضائية فونونن هذا شبه الرنانة بمساعدة فونون طريقة التحليل الطيفي. والقمم توصلا الى حل جيد ومناسب من قبل وظيفة Lorentzian مزدوجة والتي ينتج عنها ومتباين الخواص إيه الصرف تقسيم 23.3 ± 0.1 μeV. قيم FWHM المستخرجة للقمم الدنيا والعليا الطاقة هي 7.3 ± 0.1 μeV و 9.6 ± 0.4 μeV، على التوالي. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل (4)
الشكل 4. PL خريطة لقعدتم والقياس بمساعدة فونون-أسوشيتد. (A) قرار منتظم خريطة تحيز قعدتم تحت الإثارة غير الرنانة. وتظهر الخريطة التحيز الانبعاثات من محايد المباشر (X0) وغير المباشر (iX0) الأكسيتون، فضلا عن TRION الإيجابي (X +). أيضا، والتحيز التي يتم مسحها ضوئيا الليزر من خلال لالمشار إليها في المربع الأحمر عند حوالي 1.1 V. (B) عالية الدقة PL في -1 الطاقة الصوتية الفضائية تحت الإثارة من خلال الأكسيتون محايد المباشر. كان ضبطها الطاقة التي تمر بمرحلة انتقالية من خلال طاقة الليزر الثابتة من 951.657 نانومتر (1،302.824 إلكترون فولت) من خلال تكثيف درجة الحرارة. وينظر -1 الفضائية الطاقة الصوتية إلى أن حوالي 36 إلكترون فولت تحت خطوط الطاقة الصوتية الصفر. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الرقم 5. التحيز خريطة متباين الخواص إيه تقسيم الخريطة. التحيز للمتباين الخواص إيه الصرف تقسيم، وتركز على 1،302.28 إلكترون فولت. وجاء في خريطة التحيز عن طريق زيادة الجهد المطبق بنسبة 2 زيادات بالسيارات في كل طاقة الليزر ويخطو طاقة الليزر 37 مرات عبر مجموعة الطاقة، وتغيير ما يقرب من حوالي 1.7 &# 181؛ فولت في كل خطوة. متوسط تبادل الطاقة إيه هو 25.4 μeV مع انحراف معياري 0.8 μeV على هذه المنطقة التحيز. يتم عرض المناسب للتحول ستارك. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

الكتاب ليس لديهم ما يكشف.

Acknowledgments

فإن الكتاب أن نعترف ألان براكر ودانيال فخذ الخنزير في مختبر بحوث البحرية لتوفير العينات التي تجري دراستها. وأيد هذا العمل (جزئيا) عن طريق التهديد الدفاع وكالة الحد، جائزة البحوث الأساسية # HDTRA1-15-1-0011، من جامعة كاليفورنيا الرحمة.

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