基本介紹
- 中文名：量子鏈
- 外文名：chain of quantum
- 定義：鏈狀量子點結構
- 領域：軍事、金融等領域
- 學科：交叉學科
簡介,與量子點對比量子鏈主要特性,能帶填充效應,螢光偏振特性,螢光衰退特性,螢光壽命,
簡介
近年來,隨著納米技術的發展,人們已經能夠研究量子點的電子輸運性質.由於量子點有許多獨特的物理性質,並且是未來介觀或量子小體系器件的重要組成部分,也是研究微電子器件的首要元件,所以它已經成為人們目前研究的熱點.由於量子點揭示了許多類原子的性質,如分立的能級和剩餘電子填充的殼層結構等,所以通常被稱為人造原子,與真正原子相比,量子點中填充的電子數是可調的,且量子點外部形狀可變,由此,對量子點的研究可以更加直觀方便地探測到原子的某些未知的特性.如果稱單量子點為人造原子的話,則量子點的排列可以類似地稱作人造分子或人造晶格,它們與完好量子線耦合,可以對完好量子線的傳輸性質起到不同程度的調製作用。
GaAs量子點結構是一種已經得到廣泛研究和套用的新型納米結構, 雖然人們可以通過控制生長條件, 控制量子點的密度, 大小, 改善均勻性, 但一般來說, 量子點在二維浸潤層上是隨機分布的.在多層量子點結構中, 由於應力場的作用, 量子點可以在垂直方向有序排列, 此時, GaAs層的厚度一般比較薄, 有利於應力場的傳遞.
基於量子線、量子點的光電器件由於在雷射器、探測器以及光子晶體上的巨大套用潛力, 因此該方面的研究引起了人們極大的興趣.對於量子點器件來說, 量子點密度、大小以及均勻性對器件性能至關重要, 因此這方面的研究也受到人們的廣泛關注。在量子鏈結構中, 由於同一鏈上的量子點之間間隔很小, 從而導致載流子之間的橫向耦合, 表現出獨特的光學特性。
與量子點對比量子鏈主要特性
能帶填充效應
比較了10K下不同激發功率下量子鏈樣品 (a) 和量子點樣品 (b) 的穩態光螢光光譜形狀的變化, 用532nm雷射激發.可以看到, 隨著激發功率P的增加, 量子鏈樣品光譜明顯展寬 (半寬從0.1mW時的41meV變為20mW時的73meV) , 高能端發光相對增強, 當激發功率大於10mW時, 出現高能發光峰, 說明量子鏈樣品中有明顯的高能布居和能帶填充效應。
能帶填充效應源於量子鏈中量子點尺寸的不均勻.低激發時, 光致載流子主要布居在大量子點所對應的較低能級, 隨著激發強度增加, 低能級開始飽和, 小量子點所對應的高能級開始填充, 高能端發光增強, 光譜展寬.而量子點樣品, 尺寸相對比較均勻, 光譜峰值位置基本不隨激發功率變化, 光譜展寬相對較小 。
螢光偏振特性
比較了兩個樣品的螢光偏振特性, 圖2 (a) 和圖2 (b) 分別給出了兩個樣品偏振螢光光譜, 用532nm雷射激發.實驗中, 我們在單色儀前放了線偏振片和一個λ/2波片, 通過旋轉波片, 使進入單色儀的螢光偏振方向不變, 從而消除了光柵對螢光兩個偏振分量的影響.螢光偏振度η用下式來定義:
η= (I[011]-I[011]) / (I[011]+I[011])
量子鏈樣品之所以有明顯的偏振特性, 是因為同一鏈上的量子點之間有很強的耦合, 而鏈與鏈之間間距又很大, 結構上與量子線類似, 因而有明顯的光學各向異性.對於量子點樣品, 量子點在二維平面上隨機分布, 量子點之間間距較大, 耦合作用較弱, 因而不會表現出明顯的光學各向異性.但由於量子點本身的形狀一般呈橢圓形。
螢光衰退特性
比較了量子鏈和量子點樣品不同能量位置的螢光衰退特性, 我們可以看到量子鏈樣品的螢光壽命隨能量變化很大, 而量子點樣品的壽命隨能量變化相對較小.對於量子鏈樣品, 螢光衰退壽命隨發光能量的變化清楚地表明參與發光的載流子在量子點之間相互有輸運.一般來說, 位於高能端的載流子在參與複合發光的同時, 還會迅速弛豫到能量較低的能級, 其結果是導致整個螢光衰退過程變快.而在低能級位置, 由於不斷有載流子供給, 螢光衰退就變慢。
螢光壽命
量子鏈的螢光壽命隨激發功率迅速增加, 然後飽和, 而量子點樣品的螢光壽命隨激發功率緩慢增加. 當激發功率較小時, 光生載流子主要布居在大量子點所對應的較低能級, 隨激發強度增加, 低能級飽和, 小量子點所對應的高能級開始被填充, 高能端發光增強, 光譜展寬,。這種由高能級向低能級的載流子轉移過程趨於飽和, 從而導致發光壽命基本不變。對於量子點樣品, 由於量子點之間耦合相對較小, 所以載流子轉移-有效供給加大-螢光壽命增加這一過程不像量子鏈樣品那樣明顯, 實驗上表現為螢光壽命隨激發強度的增加而緩慢增加。
