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Les champs magnétiques intenses révèlent la nature des excitons dans un nanofil unique coeur/coquille GaAs/AlAs

Les nanofils semi-conducteurs uniques on été proposés pour diverses applications en électronique, opto-électronique ou photo-voltaïque. Contrairement aux matériaux massifs, les nanofils de semi-conducteurs III-V peuvent cristalliser en structure wurzite, zinc-blende ou polymorphe. Ces différentes structures cristallines, ont différentes structures de bandes électroniques, qui nous donnent des outils pour manipuler les propriétés optiques et électroniques des nanofils. L’étude des propriétés excitoniques de nanofils de GaAs est donc une part importante pour la description et la compréhension des leurs propriétés électroniques.

L’application d’un champ magnétique intenses est un outil unique pour étudier les propriétés des excitons dans des nanofils uniques coeur/coquille GaAs/AlAs. Nous avons montré pour la première fois que l’émission d’un nanofil unique présentait une raie excitonique très fine et très intense. Cela démontre la très bonne qualité de nos nanofils qui approchent ainsi celle des matériaux massifs. L’application d’un champ magnétiques onde conjointement les degrés de libertés orbitaux et de spin. La dépendance en champ magnétique de l’émission nous permet d’identifier sans ambiguïté l’émission de la recombinaison de l’exciton lié à une paire de défauts. Cet effet n’avait été précédemment observé que sur des cristaux massifs de très haute qualité.

Nos nanofils, facilement dispersables sur un substrat de silicium devraient ouvrir différentes voies pour des applications optoélectroniques basées sur les technologies éprouvées du silicium. Additionellement, nos nanofils ont une structure zinc-blende favorable pour des dispositifs à base d’GaAs. Nos résultats devraient permettre une meilleure compréhension de la structure de bande de nanofil de GaAs unique qui est cruciale pour les applications.

Fig.1 Le spectre différentiel de µ-photoluminescence montre une évolution de l’émission en fonction du champ magnétique appliqué perpendiculairement à l’axe du nanofil pour T = 1.7K. Les différentes lignes d’émissions résolues montrent un large décalage diamagnétique et une levée de dégénérescence par effet Zeeman à fort champ magnétique. Les symboles blancs montrent pour comparaison le décalage de la ligne d’émission (14) de recombinaison la paire exciton lié-défaut dans le GaAs massif depuis Skolnick et al. [Skolnick et al., Phys. Rev. B 38, 4165 (1998)]

Ref. : Plochocka et al., NanoLetters 2013