La nanotecnología electrónica surge como disciplina científica para dar respuesta a la demanda creciente por parte de la sociedad de dispositivos electrónicos más eficientes y de menor coste. Como su propio nombre indica, esta disciplina involucra los estudios que se llevan a cabo en la actualidad en sistemas electrónicos elementales que, aunque basados en diferentes materiales y técnicas de fabricación, tienen un nexo común en su tamaño nanométrico. En este marco, en el trabajo de tesis presentado se han investigado las propiedades ópticas y electrónicas de cajas cuánticas aisladas de Arseniuro de Indio mediante diferentes técnicas de espectroscopía óptica confocal de alta resolución espacial y espectral. Dicha resolución nos ha permitido profundizar en el estudio de las propiedades individuales de estos objetos nanométricos tanto desde el punto de vista fundamental como aplicado. En primer lugar, se han analizado los espectros de fotoluminiscencia (PL) y el correspondiente espectro de excitación de la PL (PLE) de cajas cuánticas aisladas y sometidas a un campo eléctrico externo. Las cajas cuánticas se hallan en la región activa de un dispositivo de efecto campo que nos permite controlar de manera precisa el número de electrones confinados en cada nanoestructura individual. El estudio de la evolución de la línea de emisión fundamental de cada caja en función del número de electrones en exceso nos ha permitido deducir la magnitud de las distintas interacciones coulombianas existentes entre los diferentes portadores. Algunas de ellas son bien conocidas, como es la de atracción directa entre electrón y hueco que da lugar al excitón, mientras que otras son más sutiles y difíciles de cuantificar hasta hace poco tiempo, como son la de repulsión directa electrón-electrón o su correspondiente interacción de intercambio. Todas ellas han sido investigadas de manera cualitativa y cuantitativa comparando los resultados experimentales con modelos teóricos de reconocida vigencia en este tipo de sistemas.Por otro lado, hemos utilizado un láser sintonizable en el rango de interés para determinar la estructura electrónica asociada a los estados excitados de anillos cuánticos aislados de InAs. Los resultados demuestran que el acoplamiento entre los estados discretos y el continuo determinan en gran medida los procesos de captura y relajación de los portadores hacia el estado fundamental. Este tipo de comportamiento corrobora lo observado por otros autores en nanoestructuras de similar tamaño y composición aunque distinta morfología, si bien ésta es la primera vez que ha sido observado en anillos cuánticos de InAs. En la segunda parte de este estudio, hemos demostrado que es posible determinar los espectros de absorción y reflectividad correspondientes a una sola caja cuántica aislada con una resolución espectral sin precedentes en este tipo de sistemas y con una elevada relación señal-ruido. Para ello, partiendo de un montaje confocal dual de transmisión y reflexión, y aplicando un campo eléctrico externo, hemos explotado el Efecto Stark de Confinamiento Cuántico para sintonizar la energía de la transición interbanda investigada con nuestro láser de prueba mejorando así la eficiencia del experimento respecto a otras aproximaciones basadas en la sintonización del láser. El análisis de los espectros obtenidos de esta manera nos ha proporcionado información valiosa no accesible de manera directa mediante otro tipo de experimentos como son la anchura homogénea de las transiciones interbanda o su fuerza de oscilador, así como indicios de fenómenos de interacción no lineales como el Efecto Stark Óptico. Finalmente, se ha demostrado que este sistema actúa como un interferómetro acoplado a una sola caja cuántica con grados de libertad suficientes para ejercer un control efectivo del grado de interacción, amplitud y fase, entre radiación y materia a estas escalas nanométricas. / The electronic and optical properties of InAs single self-assembled quantum dots (SAQDs) have been investigated by using a confocal arrangement adapted to work at 4 K. The layer containing the QDs is embedded in a field effect device with a semitransparent Schottky gate. In this configuration, varying the applied voltage, it is possible to tune the number of electrons confined in a given QD to investigate the exciton radiative recombination as a function of such number of electrons in excess. This way, comparing the experimental results with state of the art theoretical models, we have determined the role played by the interband and intraband coulomb interactions in this system. The electronic structure above the fundamental state is accessible scanning the excitation energy of our laser (PLE spectra). In our nanostructures, we observe that, below the continuum band edges, the expected discrete bound to bound transitions are degenerated with broad bands associated with continuum to bound transitions. As pointed out recently by other authors, we conclude that this result imposes a revision of the concept of an isolated quantum dot embedded in an homogeneous media (macroatom picture). We have demonstrated also the feasibility of a new method, based in the spectral shift of the electronic levels due to the Quantum Confined Stark Effect, to measure the differential absorption spectra of single SAQDs with unmatched spectral resolution and signal to noise ratios. In the linear regime, light and matter interaction can be described by the Lorentz model to extract the oscillator strength and homogeneous linewidth of non-degenerated optical transitions in our QDs. Furthermore, due to the large interlevel spacing in each band, we observe that the two level approximation works finely in this system enabling the study of non linear optical phenomena as the Optical Stark Effect. Finally, the reflectance spectrum of a single electronic level in our QDs has been determined by using a built-in interferometer in our confocal setup. We have demonstrated that the phase relation between probe and reflectedfields can be controlled externally enabling the coherent control of the QD polarization in the next future.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:TDX_UV/oai:www.tdx.cat:10803/9870 |
| Date | 08 June 2004 |
| Creators | Alén Millán, J. Benito |
| Contributors | Martínez Pastor, Juan P., Universitat de València. Departament de Física Aplicada |
| Publisher | Universitat de València |
| Source Sets | Universitat de València |
| Language | Spanish |
| Detected Language | Spanish |
| Type | info:eu-repo/semantics/doctoralThesis, info:eu-repo/semantics/publishedVersion |
| Format | application/pdf |
| Source | TDX (Tesis Doctorals en Xarxa) |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess, ADVERTIMENT. L'accés als continguts d'aquesta tesi doctoral i la seva utilització ha de respectar els drets de la persona autora. Pot ser utilitzada per a consulta o estudi personal, així com en activitats o materials d'investigació i docència en els termes establerts a l'art. 32 del Text Refós de la Llei de Propietat Intel·lectual (RDL 1/1996). Per altres utilitzacions es requereix l'autorització prèvia i expressa de la persona autora. En qualsevol cas, en la utilització dels seus continguts caldrà indicar de forma clara el nom i cognoms de la persona autora i el títol de la tesi doctoral. No s'autoritza la seva reproducció o altres formes d'explotació efectuades amb finalitats de lucre ni la seva comunicació pública des d'un lloc aliè al servei TDX. Tampoc s'autoritza la presentació del seu contingut en una finestra o marc aliè a TDX (framing). Aquesta reserva de drets afecta tant als continguts de la tesi com als seus resums i índexs. |
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