101. Transitions optiques interbandes et intrabandes dans les boites quantiques simples et couplées verticalement
- Author
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Vasanelli, Angela, Laboratoire Pierre Aigrain (LPA), Fédération de recherche du Département de physique de l'Ecole Normale Supérieure - ENS Paris (FRDPENS), École normale supérieure - Paris (ENS-PSL), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École normale supérieure - Paris (ENS-PSL), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, Bastard Gerald, Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-Fédération de recherche du Département de physique de l'Ecole Normale Supérieure - ENS Paris (FRDPENS), École normale supérieure - Paris (ENS Paris), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École normale supérieure - Paris (ENS Paris), and Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
- Subjects
[PHYS.PHYS]Physics [physics]/Physics [physics] ,Boite quantique ,Effet Stark ,Transition optique ,Semiconducteur III-V - Abstract
After an introduction on the methods used for electronic states calculations, we study electron and hole bound states in a single dot. We initially evaluate the oscillator strength and polarization selection rules for intraband transitions. We show that in a single dot the absorption is very anisotropic, depending on the polarization direction of the incident light. We also develope a model for interpreting some recent STM measurements, which are able to ``image'' single dot wavefunctions. Then we study vertically stacked quantum dot systems. We examine the coupling between the dots of a stack as a function of the barrier thickness. Systems of strongly coupled dots are particularly interesting: we show that the optical anisotropy, typical of single dots, considerably diminishes in this kind of systems. Strongly coupled dots are also interesting when electric field effects are studied. We show that they are as tunable as quantum wells of the same dimensions, when an uniform electric field is applied in the growth direction. In addition to this enhanced Stark tunability, stacked dots present the advantage over quantum wells that no continuum absorption exists. The last part of this work is devoted to a detailed numerical study of the continuum, wetting layer ($2D$) and barrier ($3D$), states. We show that the continuum states have an important role for interband transitions. We show in particular that crossed transitions, which involve bound and continuum states, lead to the appearance of a continuous background in the interband absorption spectrum, in the energy range between the bound-to-bound transitions and the wetting layer absorption edge. The existence of this background, experimentally proved, shows that the ``artificial atom'' model is too simple to describe the features of quantum dot interband spectrum.; Après avoir présenté les méthodes utilisées pour le calcul des états électroniques, nous discutons les états liés d'électrons et de trous dans une boite isolée. Nous calculons la force d'oscillateur et les régles de sélection pour les transitions intrabandes. Nous montrons qu'il faut distinguer entre les excitations polarisées dans le plan et celles polarisées verticalement; notre calcul montre que dans une boite isolée l'absorption est très anistrope. Dans le cadre des boites isolées nous développons également un modèle pour interpréter plusieurs experiences récentes de STM, qui prétendent l'observation directe des fonctions d'onde d'électrons et de trous. Nous étudions ensuite les systèmes de boites empilées. Nous discutons le couplage entre les boites en fonction de l'epaisseur de la barriere qui les separe. Nous nous interessons en particulier au regime de boites fortement couplees. Nous montrons que l'anisotropie typique des boites uniques diminue considerablement dans le cas des systemes de boites fortement couplees. Ces derniers sont particulierement interessants si l'on regarde les effets du champ electrique. Nous montrons ainsi que les systemes de boites fortement couplees sont aussi polarisables que les puits quantiques, avec une proprite en plus: le confinement dans le plan. La derniere partie de ce travail presente une discussion detaille des etats du continuum bidimensionnel (couche de mouillage) et tridimensionnel (barriere). Le role du continuum est particulirement important dans le cas des transitions interbandes: nous montrons que les transitions croisees entre etats lies et etats du continuum sont a l'origine d'un fond continu entre la partie basse energie du spectre (due aux transitions liees) et le seuil de la couche de mouillage. Cet effet, observe exprimentalement, montre de facon claire que le modele ``atome artificiel'' est trop simple pour decrire de facon adequate les propriets des boites quantiques.
- Published
- 2002