Структуры металлический кластер - квантовая точка, выращенные нанокапельной молекулярно-лучевой эпитаксией

• Автор: Лямкина, Анна Алексеевна
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 121 с. : ил.

Содержание

Список условных обозначений и сокращений

ВВЕДЕНИЕ

1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 Полупроводниковые квантовые точки, сформированные методом молекулярнолучевой эпитаксии

1.1.1 Метод Странского-Крастанова

1.1.2 Нанокапельная эпитаксия

1.1.3 Вертикальное упорядочение столбцов квантовых точек

1.1.4 Способы повышения эффективности вывода излучения квантовых точек

1.2 Поверхностный плазмонный резонанс и плазмонные приложения для фотоники

1.2.1 Морфология плазмонных структур

1.2.2 Плазмонные приложения
1.3 Гибридные структуры с плазмонными элементами и квантовыми точками
1.3.1 Коллоидные квантовые точки
1.3.2 Твёрдотельные квантовые точки
1.4 Экситон-плазмонное взаимодействие в гибридных структурах
1.5 Заключение
2 ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ И ЧИСЛЕННЫХ МЕТОДИК
2.1 Молекулярно-лучевая эпитаксия
2.2 Фотолюминесценция
2.3 Метод дискретного приближения диполями
3 ФОРМИРОВАНИЕ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КЛАСТЕРОВ КАК НАЧАЛЬНАЯ СТАДИЯ НАНОКАПЕЛЬНОЙ ЭПИТАКСИИ
3.1 Изготовление образцов

3.2 Анализ параметров металлических кластеров с помощью метода атомносиловой микроскопии
3.3 Механизмы формирования металлических кластеров
3.4 Выводы
4 ИССЛЕДОВАНИЕ ПЛАЗМОННОГО РЕЗОНАНСА В КЛАСТЕРАХ МЕТАЛЛОВ III ГРУППЫ МЕТОДОМ ЧИСЛЕННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ
4.1 Модель металлического кластера на поверхности СаАв
4.2 Влияние материала, формы и размера кластеров на плазмонный резонанс
4.2.1 Влияние материала кластера
4.2.2 Влияние размера кластера
4.2.3 Влияние подложки
4.2.4 Мультипольные моды
4.2.5 Влияние геометрии кластера
4.2.6 Постростовая подстройка с помощью формирования оксидной плёнки .
4.3 Взаимодействие локализованного плазмона и дипольного излучателя
4.4 Выводы
5 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИЗУЧЕНИЕ ЭКСИТОН-ПЛАЗМОННОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ В ГИБРИДНЫХ МЕТАЛЛ-ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ СТРУКТУРАХ С КВАНТОВЫМИ ТОЧКАМИ ХпАя/АЮаАя
5.1 Получение гибридных структур
5.2 Структурные свойства гибридных структур, исследованные методом электронной микроскопии
5.3 Оптические свойства гибридных структур, исследованные методом фотолюминесценции
5.4 Модель экситон-плазмонного взаимодействия в ансамбле квантовых точек, расположенных под металлическим кластером
5.5 Изучение экситон-плазмонного взаимодействия в гибридных структурах методом микрофотолюминесценции
5.6 Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЦИТИРОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Список условных обозначений и сокращений
АСМ атомно-силовая микроскопия
ДБЭО дифракция быстрых электронов на отражение
доф детектор одиночных фотонов
КТ квантовая точка
микро-ФЛ микрофотолюминесценция
МЛЭ молекулярно-лучевая эпитаксия
МС монослой
ЛППР локализованный поверхностный плазмонный резонанс
ППР поверхностный плазмонный резонанс
ПРЭМ просвечивающая растровая электронная микроскопия
сс смачивающий слой
СЭМ сканирующая электронная микроскопия
ФЛ фотолюминесценция

такое же самосовмещение, и кластер расположится ровно над КТ. Тогда, несмотря на случайное латеральное расположение КТ и кластеров, расстояние в вертикально упорядоченной паре будет фиксировано. Попытка реализовать эту идею была предпринята группой Нётцеля в работах [12,89] и , в которых на структурах с 1пАя/СаАя КТ были сформированы кластеры индия и серебра соответственно. В [12] для усиления упругих напряжений была дополнительно выращена сверхрешётка 1пСаАя/С1аАх с отжигом после каждого периода, и в результате встроенных упругих напряжений и анизотропной диффузии была получена волнообразная структура поверхности. В [89] для упорядочения кристаллов серебра, которые наносились на поверхность в дополнительной МЛЭ камере, были использованы только упругие напряжения, создаваемые КТ в матрице с отличной постоянной решётки. Отметим, что в этих работах утверждение о самосовмещении основано на анализе изображений, полученных методом АСМ, являющимся косвенным, и не подтверждено прямым методом, например, просвечивающей электронной микроскопии. Кроме того, заявлено 100% упорядочение пар КТ-кластер, что представляется сомнительным из-за случайности образования зародыша кластера даже на поверхности структуры с упругими напряжениями.
1.4 Экситон-плазмонное взаимодействие в гибридных структурах
Нанофотоника и плазмоника являются одними из наиболее бурно развивающихся областей современной физики, и экситон-плазмонное взаимодействие за последние годы было исследовано различными группами. Несмотря на постоянное появление новых теоретических и экспериментальных работ, описывающих влияние локализованных плазмонов на излучение КТ, общей картины процессов и механизмов экситон-плазмонного взаимодействия пока не наблюдается. Для твёрдотельных систем это, по-видимому, связано со сложностью задачи и большим количеством параметров - форма плазменной частицы, потери в металле, свойства КТ, расположение КТ и частицы относительно друг друга, учёт влияния окружения и прочие условия эксперимента. Тем не менее, новые публикации регулярно появляются даже для простейшей системы из металлической сферы с точечными излучателями, например [113], что, безусловно, свидетельствует о большом потенциале наноплазмоники.
В одной из первых работ, посвящённых теоретическому исследованию экситон-плазмонного взаимодействия [114], описываются свойства экситонов в гибридных комплексах коллоидных КТ и металлических наночастиц. Согласно [114], взаимодействие между инднви-