ZnO回音壁微腔中激子極化激元色散、激射以及凝聚的實驗研究.pdf

1、半導(dǎo)體及其微結(jié)構(gòu)中激子極化激元的宏觀自發(fā)相干性研究已經(jīng)成為凝聚態(tài)物理前沿?zé)衢T的研究課題之一,尤其是溫度不太低情況下甚至室溫下的激子極化激元凝聚以及相應(yīng)器件的設(shè)計研發(fā)逐漸成為該領(lǐng)域研究者夢寐以求的目標(biāo)。機遇總是伴隨著挑戰(zhàn),室溫條件下激子極化激元可以穩(wěn)定存在的Ⅱ-Ⅳ族半導(dǎo)體平板微腔,例如ZnO法布里—珀羅(F-P)微腔,其制備工藝極其困難,使得該研究方向進展緩慢。在本論文中,我們以具有回音壁微腔特性的ZnO納米結(jié)構(gòu)作為研究對象,利用多種光譜

2、測量手段,重點研究了室溫下ZnO中激子極化激元的色散、激射、凝聚等多種物理現(xiàn)象和物理特性。具體內(nèi)容包括以下兩大部分:
　　 第一部分為“線性區(qū)域”。“線性區(qū)域”是指激子極化激元體系處于密度較低、激元之間相互作用較弱或可以忽略的狀態(tài)。在該部分工作中,我們首次實現(xiàn)了室溫下ZnO回音壁微腔中激子極化激元及其色散的光譜實驗觀測。具體工作包括:第一,巧妙利用具有完美六角形截面回音壁微腔結(jié)構(gòu)的直徑漸變ZnO納米棒,采用顯微掃描熒光光譜方法,

3、直接觀測到光子一激子共振耦合引起的能級反交叉現(xiàn)象,從而完整地給出了激子極化激元的能量與受限波矢k⊥的色散關(guān)系。第二,利用角分辨光譜方法,研究了ZnO回音壁微腔中激子極化激元沿c軸的色散關(guān)系,即激子極化激元的能量與自由波矢k//之間的色散關(guān)系。第三,考慮ZnO材料帶邊激子能級特征,詳細分析了激子極化激元的偏振特性,利用描述激子極化激元的耦合振子模型以及描述回音壁腔共振模的平面波模型從理論上計算了微腔中激子極化激元的色散光譜,理論計算結(jié)果與

4、實驗譜圖符合的很好。
　　 第二部分為“非線性區(qū)域”?！胺蔷€性區(qū)域”是指激子極化激元體系處于密度較大、激元之間相互作用較強的狀態(tài)。在該部分工作中,我們首次在直徑漸變的ZnO納米棒中實現(xiàn)了可調(diào)諧的室溫下回音壁腔激子極化激元的激射,詳細研究了激子極化激元激射隨detuning的變化關(guān)系,解釋了detuning是如何影響激子極化激元激射的閾值功率以及激射能量藍移。在角分辨光譜中,我們清晰地觀測到室溫下ZnO回音壁腔激子極化激元在基態(tài)的