Nano Optics
Gruppen-Mitglieder
| Gruppenleiter: | Mohamed Benyoucef |
| Doktoranden: | Andrei Kors, Patrick Krawiec, Matusala Yacob, Muhammad Usman |
| Master- und Bachelorstudenten: | Birk Fritsch, Lucas Rickert, Adnan Sayyed, Andreas Körner |
Zielsetzung
Die Forschungsgruppe konzentriert sich auf die Entwicklung von neuartigen und fortgeschrittenen Quanten Architekturen, welche mittels Molekularstrahlepitaxie auf Si, GaAs, (flach und vorstrukturierten) und InP-Substraten hergestellt werden, und der Untersuchung ihrer spezifischen Aspekte der Quantenoptik. Das Erste, die Integration von Quantenpunkten auf Silizium, gilt als eines der Schlüsseltechnologien, um die Vorteile beider Materialien zu kombinieren, und damit eine äußerst vielseitige Hybrid-Photonik-Plattform zu bilden, die dadurch den Weg der photonischen Integration im großen Maßstab eröffnet. Das Letztere könnte die Implementierung von effizienten Einzelphotonenquellen für die sichere Übertragung von Daten über große Distanzen“
Der Schwerpunkt liegt auf der Herstellung (Wachstum und Bearbeitung) und der Untersuchung der grundlegenden Strukturen sowie der optischen Eigenschaften von einzelnen Quanten-Nanoarchitekturen, der Integration von III-V-Halbleiterlichtquellen auf Silizium, der Herstellung und Charakterisierung von Mikrokavitäten (z.B., photonische Kristalle) in Kombination mit integrierten Quantenpunkten und der Bearbeitung von nanostrukturierten Oberflächen für optische Elemente.
Forschungsaktivitäten
- Epitaktisches Wachstum von Halbleiter-Nanostrukturen auf verschiedenen Substraten mittels MBE-Anlagen
- Entwicklung von Einzelphotonenquellen im Bereich der Telekommunikationswellenlängen für die Quantenkommunikation über große Distanzen
- Entwicklung von Quantenpunktemission
im Telekombereich für die Spin-Speicherung
- Integration
einzelner InAs/GaAs Kern-Schale Quantenpunkte in Silizium
- Verarbeitung von
nanostrukturierten Oberflächen für die Realisierung von deterministischen
optischen Elementen
-
Herstellung und Untersuchung von Mikroresonator Strukturen (z.B. Säulen Resonatoren, photonische Kristalle)
-
Studien zu strukturellen Eigenschaften von selbstorganisierten Quantenpunkten
-
Studien zu Licht-Materie-Wechselwirkungen auf Nanoskala von Festkörper Quantensystemen
InP-basierte Quantenpunkte:
(a) μ-PL-Spektrum von einem einzelnen InP-basierten Quantenpunkt (QP). Der Einschub zeigt das 2x2 μm2 2D AFM-Bild von QP geringer Dichte. (b) Einzelphotonenemission im Telekommunikationswellenlängenbereich von einem InP-basierten QP (in Kooperation mit der Uni. Stuttgart). (c) Kohärente Eigenschaften einzelner InP-basierten QP (in Kooperation mit der Uni. Paderborn). (d) Die gemessenen Elektron (volle Quadrate) und Loch (offene Kreise) g-Faktoren für QP, welche im Telekommunikationswellenlängenbereich emittieren (in Kooperation mit der TU Dortmund).
Literatur:
- A.
Kors, J. P. Reithmaier, M. Benyoucef, "Telecom wavelength single quantum dots
with very small excitonic fine-structure splitting", Appl.
Phys. Lett. 112, 172102 (2018)
- S.Gordon, M. Yacob, J. P. Reithmaier, M. Benyoucef, A. Zrenner, “Coherent photocurrent spectroscopy of single InP-based quantum dots in the telecom-band at 1.5 μm”, Appl. Phys. B(2016), DOI 10.1007/s00340-015-6279-6
- V. V. Belykh, A. Greilich, D. R. Yakovlev, M. Yacob, J. P. Reithmaier, M. Benyoucef, and M. Bayer, “Electron and hole g- factors in InAs/InAlGaAs self-assembled quantum dots emitting at telecom wavelengths”, Phys. Rev. B 92, 165307 (2015)
- M. Yacob, J.P. Reithmaier and M. Benyoucef, "Low-density InP-based quantum dots emitting around the 1.5 µm telecom wavelength range", Appl. Phys. Lett. 104, 022113 (2014)
- M. Benyoucef, M. Yacob, J.P. Reithmaier, J. Kettler, P. Michler, "Telecom-wavelength (1.5 µm) single-photon emission from InP-based quantum dots", Appl. Phys. Lett. 103, 162101 (2013)
InP-basierte Photonische Kristallstrukturen:
(a) μ-PL-Spektren des L3 photonischen Kristallen (PK) Mikroresonator bei 10 K (rote Linie) und 300 K (schwarze Linie) mit einer Laseranregungsleistung von 70 μW. (b) μ-PL-Spektren des L3 PK Mikroresonator: schwarze Linie ohne Polarisation, rote Linie mit horizontaler Polarisation und blaue Linie mit vertikaler Polarisation. Einsätze: SEM-Bild des L3 PK Mikroresonator. (c) μ-PL-Spektren eines einzigen QPktes bei drei verschiedenen Laserleistungen aufgenommen, zeigt exzitonische (X) und biexzitonische (XX) Emissionslinien. (d) X- und XX-PL-Intensitäten als Funktion der Laseranregungsleistung. Die gepunkteten und gestrichelten Linien passen sich einer Steigung von 0,8 und 1,7 an. (e) X und XX Übergänge aufgezeichnet bei 0° (rot) und 90° (schwarz) Polarisationswinkel, zeigt verschwindende Feinstrukturaufspaltung.
Literatur:
- A. Kors, K. Fucks, M. Yacob, J. P. Reithmaier and M. Benyoucef, “Telecom wavelength emitting single quantum dots coupled to InP-based photonic crystal microcavities", Appl. Phys. Lett.110, 031101 (2017)
Silizium-basierte Qauntenpunkte:
Links: InAs QP eingebettet in einer Siliziummatrix (in Kooperation mit PDI Berlin). Rechts: Lichtemission von einzelnen InAs/GaAs Kern-Schale QP direkt auf Silizium aufgewachsen.
- M. Benyoucef, T. Alzoubi, J.P. Reithmaier, M. Wu, A. Trampert, "Nanostructured hybrid material based on highly mismatched III-V nanocrystals fully embedded in silicon", Phys. Stat. Sol. A 211, 817 (2014)
- M. Benyoucef, M. Usman, J.P. Reithmaier, "Bright light emissions with narrow spectral linewidth from single InAs/GaAs quantum dots directly grown on silicon substrates", Appl. Phys. Lett.102, 132101 (2013)
- M. Benyoucef, J.P. Reithmaier, "Direct growth of III-V quantum dots on silicon substrates: structural and optical properties", Semicond. Sci. Technol. 28, 094004 (2013) (invited)
- M. Benyoucef, H-S. Lee, J. Gabel, T. W. Kim, H. L. Park, A. Rastelli and O. G. Schmidt, "Wavelength tunable triggered single-photon source from a single CdTe quantum dot on silicon substrate", Nano Letters 9, 304 (2009)
GaAs-basierte Quantenpunkte:
(a & b) Einzelphotonemission und X Lebensdauer von einzelnen QP aufgewachsen mittels Droplet-Epitaxie (in Kooperation mit HU Berlin).(c) Qualitätsfaktorerhöhung in gekoppelten Resonatoren (in Kooperation mit der Uni. Magdeburg und IFW Dresden).
- M. Benyoucef, V. Zuerbig, J.P. Reithmaier, T. Kroh, A.W. Schnell, T. Aichele, O. Benson, "Single-photon emission from single InGaAs/GaAs quantum dots grown by droplet epitaxy at high substrates temperature", Nanoscale Research Letters 7, 493 (2012)
- M. Benyoucef, J.-B. Shim, J. Wiersig, O.G.Schmidt, ''Quality-factor enhancement of supermodes in coupled microdisks", Opt. Lett. 36, 1317 (2011)
- M. Pfeiffer, K. Lindfors, C. Wolpert, P. Atkinson, M. Benyoucef, A. Rastelli, O. G. Schmidt, H. Giessen, M. Lippitz, "Enhancing the optical excitation efficiency of a single self-assembled quantum dot with a plasmonic nanoantenna", Nano Letters 10, 4555 (2010)
- F. Ding, R. Singh, J. D. Plumhof, T. Zander, V. Křápek, Y. H. Chen, M. Benyoucef, V. Zwiller, K. Dörr, G. Bester, A. Rastelli, O. G. Schmidt, “Tuning the exciton binding energies in single self-assembled InGaAs/GaAs quantum dots by piezoelectric-induced biaxial stress”, Phys. Rev. Lett. 104, 067405 (2010)
- M. Benyoucef, L. Wang, A. Rastelli, O. G. Schmidt, "Toward quantum interference of photons from independent quantum dots", Appl. Phys. Lett. 95, 261908 (2009)
Räumlich-kontrollierte Quantenpunkte auf vorstrukturierten GaAs und Silizium Substraten:
Links: Räumliche-kontrollierte QP auf GaAs Substraten. Rechts: III-V Nanostrukturen lokalisiert in vorstrukturierten Silizium Nanolöchern.
Literatur:
- M. Usman, J. P. Reithmaier, and M. Benyoucef, “Site-controlled growth of GaAs nanoislands on pre-patterned silicon substrates” Phys. Stat. Sol. A 212, 443 (2015)
- M. Benyoucef, M. Usman, T. Al-Zoubi, J.P. Reithmaier, "Pre-patterned silicon substrates for the growth of III-V nanostructures", Phys. Stat. Sol. A 209, 2402 (2012) (invited)
- P. Atkinson, S. Kiravittaya, M. Benyoucef, A. Rastelli and O.G. Schmidt, "Site-controlled growth and luminescence of InAs quantum dots using in situ Ga-assisted deoxidation of patterned substrates", Appl. Phys Lett. 93, 101908 (2008)
