Resonance fluorescence and electron spin in semiconductor quantum dots [Elektronische Ressource] / put forward by Yong Zhao

Yong Zhao [e-mail]

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• Physik

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• Publié par: ruprecht-karls-universitat_heidelberg
• Publié le: 01 janvier 2010
• Nombre de lectures: 15
• Langue: Deutsch
• Poids de l'ouvrage: 7 Mo

Extrait

Dissertation
submitted to the
Combined Faculties of the Natural Sciences and Mathematics
of the Ruperto{Carola-University of Heidelberg. Germany
for the degree of
Doctor of Natural Sciences
Put forward by
M.Sc. Yong Zhao
born in: Tianjin, Peoples Republic of China
Oral examination: 18th Nov. 2009Resonance Fluorescence and Electron Spin in
Semiconductor Quantum Dots
Referees: Prof. Dr. Jian-Wei Pan
Dr. Mete AtatureZusammenfassung
Resonante Fluoreszenz und Elektronenspin in Halbleiter Quan-
tenpunkten
In dieser Dissertation wird die erste Beobachtung von spinabhaengiger resonanter Fluoreszenz eines
einzelnen Quantenpunktes vorgestellt, sowie ihre Anwendung fuer die Bestimmung der Dynamik
von Elektronenspins aufgezeigt.
Das Mollow-Triplett und das Mollow-Quintuplett, Kennzeichen resonanter Fluoreszenz, zeigen
sich in dem nicht-spinaufgeloesten, respektive spinaufgeloesten resonanten Fluoreszenz-Spektrum.
Ein vernachlaessigbarer Laserhintergrund, ein fast nur radiativ linienverbreitertes Spektrum sowie
Photon Antibunching implizieren dass die Seitenband-Photonen hintergrundstrahlungsfreie und
nahezu transformlimitierte einzelne Photonen sind. Dies ist ein vielversprechender Schritt in Rich-
tung der Erzeugung einzelner Photonen und Bestimmung des Elektronenspins.
Anstatt das Spektrum aufzuloesen, wird ein alternativer Weg gezeigt den Elektronenspin auszule-
sen, welcher auf Photon Zaehlung der resonanten Fluoreszenz bei moderater Laserleistung beruht.
Die Elektronenspindynamik wird mithilfe n-mal wiederholter zeitlich aufgeloester resonanter Fluo-
reszenz gemessen, um die Rueckwirkung der Messaktion auf den Elektronenspin sowie die Elektro-
nenspinrelaxation zu bestimmen. Hyperfeinwechselwirkung und Hole Mixing\ von leichten und
"
schweren Loechern werden als die relevanten Mechanismen fuer die Rueckwirkung identi ziert,
waehrend phononunterstuetzte Spin-Orbit Wechselwirkung die Spinrelaxation dominiert. Nach
einer detailierten Diskussion von Spin-Ladungskon gurationen in gekoppelten Quantenpunktsys-
temen wird die Spinbestimmung in einer Einzelmessung vorgeschlagen.
Abstract
Resonance Fluorescence and Electron Spin in Semiconductor
Quantum Dots
The work presented in this dissertation contains the rst observation of spin-resolved resonance
uorescence from a single quantum dot and its application of direct measurement of electron spin
dynamics.
The Mollow triplet and the Mollow quintuplet, which are the hallmarks of resonance uores-
cence, are presented as the non-spin-resolved and spin-resolved resonance uorescence spectrum,
respectively. The negligible laser background contribution, the near pure radiative broadened
spectrum and the anti-bunching photon statistics imply the sideband photons are background-free
and near transform-limited single photons. This demonstration is a promising step towards the
heralded single photon generation and electron spin readout.
Instead of resolving spectrum, an alternative spin-readout scheme by counting resonance u-
orescence photons under moderate laser power is demonstrated. The measurements of n-shot
time-resolved resonance uorescence readout are carried out to reveal electron spin dynamics of
the measurement induced back action and the spin relaxation. Hyperne interaction and heavy-
light hole mixing are identi ed as the relevant mechanisms for the back action and phonon-assistant
spin-orbit interaction dominates the spin relaxation. After a detailed discussion on charge-spin con-
gurations in coupled quantum dots system, the single-shot readout on electron spin are proposed.
iiiPreface
That was three years ago, my colleagues in Heidelberg demonstrated the rst six-
photon entanglement [1], meanwhile they approached the bottleneck on the bright-
ness and