Detektionssystem für zeitaufgelöste Lumineszenzmessungen (Streakkamera-System und Zubehör)
Final Report Abstract
Das von der DFG finanzierte Detektionssystem für zeitaufgelöste Lumineszenzmessungen (Streakkamerasystem) dient der Untersuchung der Dynamik der Emission in neuartigen Halbleiternanokristallen und Quantenpunkten und von funktionalisierten, hybriden aktiv/passiven Nanostrukturen mit Übergangsenergien im UV-VIS bis NIR und mit Ladungsträgerrekombinationszeiten von 10ps bis 1000ns. Es wurde eingesetzt in Forschungsvorhaben im Rahmen des SFB 787 „Halbleiternanophotonik“ und in Kooperation mit mehreren Arbeitsgruppen der drei Physikalischen Institute der TU Berlin genutzt. Exemplarisch seien aufgeführt: Time-resolved amplified spontaneous emission in quantum dots In einem auf InAs-Quantenpunkten basierenden Halbleiterverstärker (QD-SOA) wurde die verstärkte spontane Emission vom ersten angeregten Zustand in den Grundzustand des QDs zeitlich aufgelöst. Der QD-SOA wurde elektrisch oberhalb der Laserschwelle gepumpt und ein resonanter optischer Pumpstrahl wurde zum stimulierten Abbau der Inversion eingestrahlt. Mittels der Streakkamera (mit Kathode zur Messung im NIR-Bereich) konnte die Zeit bis zum Auffüllen der Population bestimmt werden. In Übereinstimmung mit einem Modell, in dem der QD über Coulombwechselwirkung an ein 2D-Reservoir gekoppelt ist, wurde eine Zeit von wenigen Pikosekunden ermittelt. Electronic Structure and Exciton-Phonon Interaction in Two-Dimensional Colloidal CdSe Nanosheets Neuartige Materialsysteme sind die nur wenige Monolagen dicken CdSe Nanoplättchen. Sie zeigen scharfe Absorptionsbanden mit nur geringer inhomogener Verbreiterung. Aus Lumineszenzexperimenten wurde auf eine veränderte Exziton-Phonon-Kopplung geschlossen und der Effekt der „Giant oscillator strength (GOS) vermutet. Messungen der zeitaufgelösten Emission (mit Kathode zur Messung im UV-VIS Bereich) als Funktion der Temperatur haben dies bestätigen können. Ultrafast Relaxation Dynamics via Acoustic Phonons in Carbon Nanotubes Die hohe Empfindlichkeit der Streak-kamera im NIR-Bereich wurde zu vergleichenden Messungen der Dynamik, die jeweils in Pump-Probe-Experimenten und in der zeitaufgelösten Emission gemessen wurde, benutzt. In Pump-und-Probe-Experimenten wurde mit <300fs Zeitauflösung die Dekohärenz durch Wechselwirkung mit akustischen Phononen untersucht, während die Messung der Anstiegs- und Zerfallszeit der Emission mit einer Zeitauflösung von 2 ps die Besetzungsdynamik der CNT-Exzitonen zeitlich auflöst. Carrier dynamics in InAs/GaAs submonolayer stacks coupled to Stranski-Krastanov quantum dots Rekombinations- und Gaindynamik lassen sich durch Engineering der Zustandsdichte und dem Ausnutzen von Pauliblocking sehr stark beeinflussen. Neuartige Systeme dafür sind 0D-2D Hybridstrukturen in denen ein Quantenpunkt mit seinen angeregten Zuständen resonant ist zu den ausgedehnten (2D) elektronischen Zuständen eines Ladungsträgerreservoirs. Hier wurden Schichtsysteme (stacks) gekoppelter und ungekoppelter InAs sub-Monolagen genutzt, deren Zustandsdichte wesentlich höher ist. Die Lumineszenzdynamik im NIR zeigt ein ungewöhnliches, plateau-artiges Verhalten: über einen Bereich von Mehreren hundert Pikosekunden ist der Zerfall der Population aus den sub-Monolagen geblockt. Derzeit wird über ein Ratengleichungssystem ein gekoppeltes 0D-2D System simuliert, welches neben strahlenden Lebensdauern auch DOS-Effekte und variable Kopplungskonstanten berücksichtigt.
Publications
- Time-resolved amplified spontaneous emission in quantum dots. Appl. Phys. Lett. 97, 251106 (2010)
J. Gomis-Bresco, S. Dommers-Völkel, O. Schöps, Y. Kaptan, O. Dyatlova, D. Bimberg, U. Woggon
(See online at https://doi.org/10.1063/1.3529447) - Electronic Structure and Exciton-Phonon Interaction in Two- Dimensional Colloidal CdSe Nanosheets. Nano Letters 12, 3151 (2012)
A.W. Achtstein, A. Schliwa Andrei, A. Prudnikau, M. Hardzei, M.V. Artemyev, C. Thomsen, U. Woggon
(See online at https://doi.org/10.1021/nl301071n) - Ultrafast Relaxation Dynamics via Acoustic Phonons in Carbon Nanotubes. Nano Letters 12, 2249 (2012)
O. A. Dyatlova, C. Köhler, E. Malic, J. Gomis-Bresco, J. Maultzsch, A. Tsagan-Mandzhiev, T. Watermann, A. Knorr, U. Woggon
(See online at https://doi.org/10.1021/nl2043997) - Carrier dynamics in InAs/GaAs submonolayer stacks coupled to Stranski-Krastanov quantum dots. DPG 2013, Regensburg
T. Switaiski, U. Woggon, J. Schulze, T. Germann, A. Strittmatter, U.W. Pohl
