Ekscyton w morzu dziur P. Kossacki, P. Płochocka, W. Maślana, A. Golnik, C. Radzewicz and J.A. Gaj Institute of Experimental Physics, Warsaw University S. Tatarenko, J. Cibert Laboratoire de Spectrométrie Physique, Université Joseph Fourier Grenoble I
Plan wystąpienia Wprowadzenie i motywacja Eksperyment Wyniki Wpływ nośników na absorpcję ekscytonową Wpływ populacji ekscytonów na absorpcję ekscytonową
Wprowadzenie CdTe próbka - studnia kwantowa x przewodnictwa przewodnictwa (Cd,Mg)Te Energy walencyjne walencyjne Z k x
Wprowadzenie próbka - studnia kwantowa źródło światła transmisja przewodnictwa e hh absorpcja elektron dziura (heavy hole) Energy walencyjne energia k
Wprowadzenie próbka - studnia kwantowa źródło światła transmisja przewodnictwa e hh absorpcja Ekscyton Energy walencyjne energia k
Wprowadzenie próbka - studnia kwantowa źródło światła e transmisja hh hh przewodnictwa absorpcja + Naładowany Ekscyton Energy walencyjne energia k
Motywacja - Ile ekscytonów może się zmieścić w studni kwantowej? - Czy w stundi w której są nośniki zmieści się mniej ekscytonów? Bardziej uczone sformuowanie: Badania oddziaywań ekscyton-ekscyton i nośnik - ekscyton Jak to badać?
Motywacja - Ile ekscytonów może się zmieścić w studni kwantowej? - Czy w stundi w której są nośniki zmieści się mniej ekscytonów? Bardziej uczone sformuowanie: Badania oddziaywań ekscyton-ekscyton i nośnik - ekscyton Jak to badać? hole gas c [ Domieszkowane heterostruktury Transmission ( a.u. ) +
Motywacja - Ile ekscytonów może się zmieścić w studni kwantowej? - Czy w stundi w której są nośniki zmieści się mniej ekscytonów? Bardziej uczone sformuowanie: Badania oddziaywań ekscyton-ekscyton i nośnik - ekscyton Jak to badać? -promień Bohra ekscytonu ~10nm -stąd ~ 10 12 cm -2 -czas życia ekscytonu ~ 100 ps -do wytworzenia 10 12 cm -2 ekscytonów potrzeba 10 22 s -1 cm -2 fotonów czyli gęstość mocy 10 3 W cm -2
Jak mierzyć konieczne impulsowe źródo świata -1. Duża gęstość mocy, bez istotnego grzania próbki -2. Dodatkowo: krótki impuls lasera, ma szerokie spektralnie widmo 1.2 La s e r 0.8 < 40 fs 1.2 0.4 0 1.0 Intensity [ a.u. ] 0.8 0.4 + Transmission 0.8 0.6 0.4 0.2 + substrate 0 1620 1640 1660 1680 Energy [ mev ] 0 1550 1600 1650 1700 Energy [ mev ]
Eksperyment impulsowe, selektywne obsadzanie stanów ekscytonowych fs impuls sondujący ps impuls pompujący τ kriostat próbka spektrometr CCD sygnał( τ ) Intensity [ a.u. ] + t =-4ps -2 ps 0ps 2.52 ps pobudzanie rezonansowe Transmision [arb.u.] + 1610 1620 1630 1640 1650 1660 Energy [mev] 1625 1630 1635 1640 1645 1650 Energy [ mev ] opóźnienia ujemne opóźnienie zero opóźnienia dodatnie próbka widmo przed modyfikacją koincedencja widmo po modyfikacji
Rezonansowe pobudzanie + pompa pompa + 1.0 przewodnictwa Transmission 0.9 + 0.8 before pump pulse walencyjne 1633 1635 1637 1639 1641 before pump pulse Energy ( mev )
Rezonansowe pobudzanie + wiecej nośników = wiecej miejsca dla ekscytonów neutralnych! 1.0 przewodnictwa Transmission 0.9 + 0.8 before pump pulse after pump pulse walencyjne 1633 1635 1637 1639 1641 after pump pulse Energy ( mev )
Rezonansowe pobudzanie + + osc.str [mev] 0.40 0.38 0.36 0.34 0.32 0.30 0.12 0.10 polaryzacja kołowa swiatła pozwala wybrać spin nośników i + obecne w absorpcji p 3*10 10 cm -2 cross co + pompa + Ekscytony neutralne czują jedynie nośniki swobodne, i to o określonym spinie spinie przeciwnym, niż spin nośnika tworzonego światlem 0.08 0.06-5 0 5 10 15 20 25 30 delay [ps] Ekranowanie zależy od spinu!! przejście + zablokowane => absorpcja rośnie koncentracja dziur się nie zmienia Dziury związane w + przestają ekranować!! efekt zależy od koncentracji +
Oddziaływanie pomiedzy ekscytonami: Wpływ populacji ekscytonowej na absorpcję ekscytonową (p=const)
Mało nośników ekscyton neutralny pusta studnia kwantowa inne zachowanie rezonansowe pobudzanie + 0.60 0.55 co cross Intensywność lini ekscytonowej 0.50 maleje bez względu na spin osc. str. 0.45 0.40 0.35 0.30-2 0 2 4 6 8 10 12 14 delay [ps]
Badanie efektów spinowych pole magnetyczne B 0 T, konfiguracja Faradaya pole magnetyczne pozwala spolaryzować spinowo nośniki: w polaryzacji σ + nie widać + Magnes nadprzewodzący pole do 8T 1.4K - 300K
bez + - wybrane polaryzacją kołową ową detekcji (σ( + ) Transmisja różnicowa = Transmisja(τ=0,2,4ps)-Transmisja(-5ps) Transmission [arb.u] Difference transmission 0.2 0.0 0.04 0.02 0.00 impuls sondują cy σ+ pompa σ+ / sonda σ+ 0 ps 2 ps 4 ps pompa pompa σ- / sonda σ+ 1632 1636 1640 1644 Energy [mev] co-polaryzacja: energia rośnie: blue shift siła oscylatora maleje cross-polaryzacja: małe przesunięcie energii siła oscylatora maleje i pojawia się e e hh hh
z + - wybrane polaryzacją kołową ową detekcji (σ( - ) Transmisja różnicowa = Transmisja(τ=0,2,4ps)-Transmisja(-5ps) Transmission [arb.u] Difference transmission 0.15 0.10 0.05 0.00-0.05-0.10 0.05 0.00-0.05 pompa σ - /sonda σ - + pompa σ + /sonda σ - impuls sondujący σ - pompa + 1632 1636 1640 1644 Energy [mev] 0 ps 2 ps 4 ps co-polaryzacja: energia rośnie: blue shift siła oscylatora maleje cross-polaryzacja: małe przesunięcie energii siła oscylatora maleje i pojawia się w obecności +
Zależne od spinu oddziaływanie - polaryzacje zgodne: wypełnianie przestrzeni fazowej (Phase Space Filling) energia rośnie: blue shift siła oscylatora maleje polaryzacje przeciwne: małe przesunięcie energii : oddziaływanie przyciągające siła oscylatora maleje na korzyść
Dynamika stanów ekscytonowych - rezonansowe pobudzanie pompa i + obecne w absorpcji + osc.str [mev] 0.36 0.34 0.32 0.30 0.28 0.12 0.10 cross co + + efekt w co-polaryzacji opóźniony przez tworzenie + + pusty kryształ σ + 0.08-5 0 5 10 15 20 25 30 delay [ps] czas narastania natężenia w co-polaryzacji opisuje czas tworzenia + efekt dla w co- polaryzacji zależy odzmieniającej się w czasie koncentracji +!
Podsumowanie Najsilniejsze efekty pochodzą od gazu dziurowego ekranowanie przez dziury ekranowanie jest zależne od spinu dziury związane w + nie ekranują! Słabsze efekty: oddziaływanie -, (obserwowalne przy stałej koncentracji dziur) PSF (co-polaryzacja) = kradzież natężenia przez (cross-polaryzacja) przesunięcie linii, silniejsze w co-polaryzacji, niż w cross-polaryzacji