Andersen, Mads Lykke

Denne afhandling beskriver forskning i koblingen af kvantepunkter til dielektriske og plasmoniske nano-strukturer ved hjælp af nano-fabrikation, optiske målinger og teoretisk modellering. For at undersøge vekselvirkningen mellem lys og stof, er plasmoniske mellemrumsb ølgeledere samt prøver til at studere kvantepunkter nær et halvleder-luft og et halvleder-metal grænselag blevet fremstillet. Vi har målt henfaldsdynamikken af kvantepunkter nær de plasmoniske mellemrumsbølgeledere hvorved vi observerede modicerede henfaldsrater. Vi udregner at den opnåelige modikation med de fremstillede strukturer er for lille til at tillade eektive plasmonbaserede enkeltfotonkilder. Teoretiske studier af koblings- og propageringsegenskaberne af plasmoniske bølgeledere afslører at det høje brydningsindeks af materialet der omgiver lyskilden, for eksempel nGaAs = 3.5, begrænser mulighederne for realiseringen af eektive plasmonbaserede enkeltfotonkilder som inkorporerer selvsamlede kvantepunkter. Den målte henfaldsdynamik af kvantepunkter i nærhed af halvleder-metal grænselag viser at dipol-approksimationen generelt ikke er opfyldt for kvantepunkter grundet deres mesoskopiske størrelse. For at beskrive disse observationer, udvikler vi en teoretisk model for den spontane lysudsendelsen af mesoskopiske kvante lyskilder. Vekselvirkningen mellem lys og stof er i denne model modiceret udover forventningen for en dipol-lysudsender og resulterer i både undertrykkelse og forstærkning af koblingen til plasmoniske tilstande i god overensstemmelse med vores målinger. Vi påviser at den mesoskopiske effekt kan blive brugt til at modicere koplingen til plasmoniske tilstande på metal- nanotråde og mellemrumsbølgeledere kraftigt, og foreslår at denne effekt generelt bruges til at kontrollere spontant henfald udover dipol-approksimationen i nano-strukturerede omgivelser.This thesis reports research on quantum dots coupled to dielectric and plasmonic nano-structures by way of nano-structure fabrication, optical measurements, and theoretical modeling. To study light-matter interaction, plasmonic gap waveguides with nanometer dimensions as well as samples for studies of quantum dots in proximity to semiconductor/air and semiconductor/metal interfaces, were fabricated. We measured the decay dynamics of quantum dots near plasmonic gap waveguides and observed modied decay rates. The obtainable modications with the fabricated structures are calculated to be too small to allow for e- cient plasmon-based single-photon sources. Theoretical studies of coupling and propagation properties of plasmonic waveguides reveal that a high-refractive index of the medium surrounding the emitter, e.g. nGaAs = 3.5, limits the realizability of ecient plasmon-based single-photon sources using self-assembled quantum dots. The measured decay dynamics of quantum dots in proximity to semiconductor/ metal interfaces reveal that the dipole approximation generally does not hold for quantum dots due to their mesoscopic size. In order to explain the observations, a theoretical model for the spontaneous emission of mesoscopic quantum emitters is developed. The light-matter interaction is in this model modied beyond the dipole expectancy and found to both suppress and enhance the coupling to plasmonic modes in excellent agreement with our measurements. We demonstrate that this mesoscopic effect can be utilized to strongly modify the coupling to plasmonic modes on metal nanowires and gap waveguides and we propose its use for spontaneous-emission control beyond the dipole approximation in nano-structured environments in general. The mesoscopic effect can be utilized to strongly modify the coupling to plasmonic modes on metal nanowires and gap waveguides. We fabricate plasmonic gap waveguides and study the coupling of single quantum dots to these

Online Research Database In Technology

Mesoscopic quantum emitters coupled to plasmonic nanostructures

http://orbit.dtu.dk/ws/files/5549150/thesis_mla_main.pdf

Mesoscopic quantum emitters coupled to plasmonic nanostructures

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Online Research Database In Technology