Localized hole on Carbon acceptors in an n-type doped quantum wire. Toshiyuki Ihara ’05 11/29 For Akiyama Group members 11/29 this second version (latest)

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1 Localized hole on Carbon acceptors in an n-type doped quantum wire. Toshiyuki Ihara ’05 11/29 For Akiyama Group members 11/29 this second version (latest) 11/25 first version

2 Motivation これまでのドープ細線の場合 Carbon Acceptor をドープした場合 Hawrylak et al. Solid State Commun. 81, 525 (1992) （１次元ドープ系の発光スペクトル理論計算） 破線：正孔が自由に動く場合（ Band 端が強い） 実線：正孔がアクセプタに局在した場合（ FES 効果で Fermi 端が強い） 発光スペクトルに FES 効果が強く現れるに違いない。 あわよくば吸収スペクトルにも変化があるかも。

3 Sample structure of an n-type doped quantum wire with carbon acceptor doping

4 Photograph of sample

5 I-V feature

6 Ref. PL and PLE overview － stem excitation PL and wire probe PLE I chose Arm Continuum onset (1.6eV) as E ex to measure PL spectra (in following pages) E prb = 1.57eV (wire probe) P ex = 10  W T = 5K Vg = 0V

7 PL Vg dependence Wire region E ex = 1.6eV(Arm Continuum ex.) P ex = 10  W T=5K Additional Emission peaks are observed !! Ref. Akiyama et al. Solid State Commun. 122, 169 (2002)

8 Arm Acceptor peak Arm region E ex = 1.6eV(Arm Continuum ex.) P ex = 10  W T=5K One of the additional Emission peaks is assigned as “Arm Acceptor” which comes from C-Acceptor state in Arm region !! I changed the sample position to measure “Arm region” without wire.

9 Wire Acceptor peak At the low excitation power, A clear “Wire Acceptor” emission peak appears !! Wire Acceptor emission peak is observed clearly at low excitation power. (Acceptor peak shows saturation with increasing excitation power !?) E ex = 1.6eV(Arm Continuum ex.) P ex = 3  W T=5K Wire region

10 PL ～ excitation power dependence Intensity of Acceptor PL peaks show saturation with increasing excitation power. PL spectra normalized by Wire Exciton peak intensity E ex = 1.6eV( Arm Continuum ex. ) Vg=0V T=5K

11 Energy gap between Exciton state and Acceptor state Arm の方が Exciton – Acceptor のエネルギー差が大きい。何を意味するか考 え中。

12 Arm Acceptor Resonant PLE In Acceptor system, both PL and PLE peak show blue shift with increasing electron density E prb = 1.563eV ( Arm Acceptor probe ) P ex = 10  W T = 5K

13 Wire Acceptor Resonant PLE

14 PL scan 中励起  W) E ex = 1.6eV(Arm Continuum ex.) P ex = 10  W T=5K There are still ML fluctuations

15 PL scan (low excitation power) 弱励起  W) 長時間露光 E ex = 1.6eV(Arm Continuum ex.) P ex = 3  W T=5K There are still ML fluctuations (and C-dope density fluctuation !?).

16 Carbon Acceptor 準位の発光ピークが wire/Arm 共に驚くほどきれいに現れた。 Arm Acceptor の PLE がとりあえず測定できた。 Wire Acceptor の PLE は難しそ う。 特に注目すべき点 ： Wire ・ Arm 共に、 Acceptor の発光ピークが電子濃度 の増加と共にブルーシフトを示した （さらに、 Arm Acceptor の吸収は発光ピークとほぼ同じエネルギー） このことは、 Acceptor ⇔ Conduction band の遷移で FES 効果が強いことを表す。 Wire で Band edge の発光が消えるという事実は非常に重要。 ⇔ 一次元電子系の発光スペクトルの形状は、正孔の局在に非常に敏感 である。 以前の論文 ( Akiyama et al. Solid State Commun. 122, 169 (2002) ) で報告した 「発光スペクトルの高エネルギー側の肩に現れるモコモコ」は、 一部の正孔が局在するために現れる FES 効果と考えられる。Conclusion