Abstract

Quantum-cascade lasers operating at 4.7, 3.5, and 2.3 THz have been used to achieve cyclotron resonance in InAs and InSb quantum wells from liquid-helium temperatures to room temperature. This represents one of the first spectroscopic applications of terahertz quantum-cascade lasers. Results show that these compact lasers are convenient and reliable sources with adequate power and stability for this type of far-infrared magneto-optical study of solids. Their compactness promises interesting future applications in solid-state spectroscopy.

© 2004 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. R. Koehler, A. Tredicucci, F. Beltram, H. E. Beere, E. H. Linfield, A. G. Davies, D. A. Ritchie, R. C. Iotti, and F. Rossi, Nature 417, 156 (2002).
    [CrossRef]
  2. M. Rochat, L. Ajili, H. Willenberg, J. Faist, H. Beere, G. Davies, E. Linfield, and D. Ritchie, Appl. Phys. Lett. 81, 1381 (2002).
    [CrossRef]
  3. B. S. Williams, H. Callebaut, S. Kumar, Q. Hu, and J. L. Reno, Appl. Phys. Lett. 82, 1015 (2003).
    [CrossRef]
  4. See, e.g., J. M. Chamberlain and R. E. Miles, eds., New Directions in Terahertz Technology (Kluwer Academic, Dordrecht, The Netherlands, 1997).
    [CrossRef]
  5. See, e.g., D. M. Mittleman, ed., Sensing with Terahertz Radiation (Springer-Verlag, Berlin, 2003).
    [CrossRef]
  6. See, e.g., F. Capasso, C. Gmachl, D. L. Sivco, and A. Y. Cho, Phys. Today 55(5), 34 (2002), and references therein.
    [CrossRef]
  7. A. A. Kosterev and F. K. Tittel, IEEE J. Quantum Electron. 38, 582 (2002).
    [CrossRef]
  8. J. Kono, in Methods in Materials Research, E. N. Kaufmann, R. Abbaschian, A. Bocarsly, C.-L. Chien, D. Dollimore, B. Doyle, A. Goldman, R. Gronsky, S. Pearton, and J. Sanchez, eds. (Wiley, New York, 2001), Unit 9b.2.
  9. A. Barkan and D. M. Mittleman, Department of Electrical and Computer Engineering, Rice University, Houston, Texas 77005 (personal communication, August21, 2003).
  10. V. M. Apalkov and T. Chakraborty, Appl. Phys. Lett. 78, 697 (2001).
    [CrossRef]
  11. C. R. Pidgeon and R. N. Brown, Phys. Rev. 146, 575 (1966).
    [CrossRef]
  12. G. A. Rodriguez, R. M. Hart, A. J. Sievers, F. Keilmann, Z. Schlesinger, S. L. Wright, and W. I. Wang, Appl. Phys. Lett. 49, 458 (1986).
    [CrossRef]
  13. S. K. Singh, B. D. McCombe, J. Kono, S. J. Allen, I. Lo, W. C. Mitchel, and C. E. Stutz, Phys. Rev. B 58, 7286 (1998).
    [CrossRef]
  14. E. Gornik, T. Y. Chang, T. J. Bridges, V. T. Nguyen, J. D. McGee, and W. Müller, Phys. Rev. Lett. 40, 1151 (1978).
    [CrossRef]
  15. J. Kono, S. T. Lee, M. S. Salib, G. S. Herold, A. Petrou, and B. D. McCombe, Phys. Rev. 52, R8654 (1995).
    [CrossRef]

2003

B. S. Williams, H. Callebaut, S. Kumar, Q. Hu, and J. L. Reno, Appl. Phys. Lett. 82, 1015 (2003).
[CrossRef]

2002

See, e.g., F. Capasso, C. Gmachl, D. L. Sivco, and A. Y. Cho, Phys. Today 55(5), 34 (2002), and references therein.
[CrossRef]

A. A. Kosterev and F. K. Tittel, IEEE J. Quantum Electron. 38, 582 (2002).
[CrossRef]

R. Koehler, A. Tredicucci, F. Beltram, H. E. Beere, E. H. Linfield, A. G. Davies, D. A. Ritchie, R. C. Iotti, and F. Rossi, Nature 417, 156 (2002).
[CrossRef]

M. Rochat, L. Ajili, H. Willenberg, J. Faist, H. Beere, G. Davies, E. Linfield, and D. Ritchie, Appl. Phys. Lett. 81, 1381 (2002).
[CrossRef]

2001

V. M. Apalkov and T. Chakraborty, Appl. Phys. Lett. 78, 697 (2001).
[CrossRef]

1998

S. K. Singh, B. D. McCombe, J. Kono, S. J. Allen, I. Lo, W. C. Mitchel, and C. E. Stutz, Phys. Rev. B 58, 7286 (1998).
[CrossRef]

1995

J. Kono, S. T. Lee, M. S. Salib, G. S. Herold, A. Petrou, and B. D. McCombe, Phys. Rev. 52, R8654 (1995).
[CrossRef]

1986

G. A. Rodriguez, R. M. Hart, A. J. Sievers, F. Keilmann, Z. Schlesinger, S. L. Wright, and W. I. Wang, Appl. Phys. Lett. 49, 458 (1986).
[CrossRef]

1978

E. Gornik, T. Y. Chang, T. J. Bridges, V. T. Nguyen, J. D. McGee, and W. Müller, Phys. Rev. Lett. 40, 1151 (1978).
[CrossRef]

1966

C. R. Pidgeon and R. N. Brown, Phys. Rev. 146, 575 (1966).
[CrossRef]

Ajili, L.

M. Rochat, L. Ajili, H. Willenberg, J. Faist, H. Beere, G. Davies, E. Linfield, and D. Ritchie, Appl. Phys. Lett. 81, 1381 (2002).
[CrossRef]

Allen, S. J.

S. K. Singh, B. D. McCombe, J. Kono, S. J. Allen, I. Lo, W. C. Mitchel, and C. E. Stutz, Phys. Rev. B 58, 7286 (1998).
[CrossRef]

Apalkov, V. M.

V. M. Apalkov and T. Chakraborty, Appl. Phys. Lett. 78, 697 (2001).
[CrossRef]

Barkan, A.

A. Barkan and D. M. Mittleman, Department of Electrical and Computer Engineering, Rice University, Houston, Texas 77005 (personal communication, August21, 2003).

Beere, H.

M. Rochat, L. Ajili, H. Willenberg, J. Faist, H. Beere, G. Davies, E. Linfield, and D. Ritchie, Appl. Phys. Lett. 81, 1381 (2002).
[CrossRef]

Beere, H. E.

R. Koehler, A. Tredicucci, F. Beltram, H. E. Beere, E. H. Linfield, A. G. Davies, D. A. Ritchie, R. C. Iotti, and F. Rossi, Nature 417, 156 (2002).
[CrossRef]

Beltram, F.

R. Koehler, A. Tredicucci, F. Beltram, H. E. Beere, E. H. Linfield, A. G. Davies, D. A. Ritchie, R. C. Iotti, and F. Rossi, Nature 417, 156 (2002).
[CrossRef]

Bridges, T. J.

E. Gornik, T. Y. Chang, T. J. Bridges, V. T. Nguyen, J. D. McGee, and W. Müller, Phys. Rev. Lett. 40, 1151 (1978).
[CrossRef]

Brown, R. N.

C. R. Pidgeon and R. N. Brown, Phys. Rev. 146, 575 (1966).
[CrossRef]

Callebaut, H.

B. S. Williams, H. Callebaut, S. Kumar, Q. Hu, and J. L. Reno, Appl. Phys. Lett. 82, 1015 (2003).
[CrossRef]

Capasso, F.

See, e.g., F. Capasso, C. Gmachl, D. L. Sivco, and A. Y. Cho, Phys. Today 55(5), 34 (2002), and references therein.
[CrossRef]

Chakraborty, T.

V. M. Apalkov and T. Chakraborty, Appl. Phys. Lett. 78, 697 (2001).
[CrossRef]

Chang, T. Y.

E. Gornik, T. Y. Chang, T. J. Bridges, V. T. Nguyen, J. D. McGee, and W. Müller, Phys. Rev. Lett. 40, 1151 (1978).
[CrossRef]

Cho, A. Y.

See, e.g., F. Capasso, C. Gmachl, D. L. Sivco, and A. Y. Cho, Phys. Today 55(5), 34 (2002), and references therein.
[CrossRef]

Davies, A. G.

R. Koehler, A. Tredicucci, F. Beltram, H. E. Beere, E. H. Linfield, A. G. Davies, D. A. Ritchie, R. C. Iotti, and F. Rossi, Nature 417, 156 (2002).
[CrossRef]

Davies, G.

M. Rochat, L. Ajili, H. Willenberg, J. Faist, H. Beere, G. Davies, E. Linfield, and D. Ritchie, Appl. Phys. Lett. 81, 1381 (2002).
[CrossRef]

Faist, J.

M. Rochat, L. Ajili, H. Willenberg, J. Faist, H. Beere, G. Davies, E. Linfield, and D. Ritchie, Appl. Phys. Lett. 81, 1381 (2002).
[CrossRef]

Gmachl, C.

See, e.g., F. Capasso, C. Gmachl, D. L. Sivco, and A. Y. Cho, Phys. Today 55(5), 34 (2002), and references therein.
[CrossRef]

Gornik, E.

E. Gornik, T. Y. Chang, T. J. Bridges, V. T. Nguyen, J. D. McGee, and W. Müller, Phys. Rev. Lett. 40, 1151 (1978).
[CrossRef]

Hart, R. M.

G. A. Rodriguez, R. M. Hart, A. J. Sievers, F. Keilmann, Z. Schlesinger, S. L. Wright, and W. I. Wang, Appl. Phys. Lett. 49, 458 (1986).
[CrossRef]

Herold, G. S.

J. Kono, S. T. Lee, M. S. Salib, G. S. Herold, A. Petrou, and B. D. McCombe, Phys. Rev. 52, R8654 (1995).
[CrossRef]

Hu, Q.

B. S. Williams, H. Callebaut, S. Kumar, Q. Hu, and J. L. Reno, Appl. Phys. Lett. 82, 1015 (2003).
[CrossRef]

Iotti, R. C.

R. Koehler, A. Tredicucci, F. Beltram, H. E. Beere, E. H. Linfield, A. G. Davies, D. A. Ritchie, R. C. Iotti, and F. Rossi, Nature 417, 156 (2002).
[CrossRef]

Keilmann, F.

G. A. Rodriguez, R. M. Hart, A. J. Sievers, F. Keilmann, Z. Schlesinger, S. L. Wright, and W. I. Wang, Appl. Phys. Lett. 49, 458 (1986).
[CrossRef]

Koehler, R.

R. Koehler, A. Tredicucci, F. Beltram, H. E. Beere, E. H. Linfield, A. G. Davies, D. A. Ritchie, R. C. Iotti, and F. Rossi, Nature 417, 156 (2002).
[CrossRef]

Kono, J.

S. K. Singh, B. D. McCombe, J. Kono, S. J. Allen, I. Lo, W. C. Mitchel, and C. E. Stutz, Phys. Rev. B 58, 7286 (1998).
[CrossRef]

J. Kono, S. T. Lee, M. S. Salib, G. S. Herold, A. Petrou, and B. D. McCombe, Phys. Rev. 52, R8654 (1995).
[CrossRef]

J. Kono, in Methods in Materials Research, E. N. Kaufmann, R. Abbaschian, A. Bocarsly, C.-L. Chien, D. Dollimore, B. Doyle, A. Goldman, R. Gronsky, S. Pearton, and J. Sanchez, eds. (Wiley, New York, 2001), Unit 9b.2.

Kosterev, A. A.

A. A. Kosterev and F. K. Tittel, IEEE J. Quantum Electron. 38, 582 (2002).
[CrossRef]

Kumar, S.

B. S. Williams, H. Callebaut, S. Kumar, Q. Hu, and J. L. Reno, Appl. Phys. Lett. 82, 1015 (2003).
[CrossRef]

Lee, S. T.

J. Kono, S. T. Lee, M. S. Salib, G. S. Herold, A. Petrou, and B. D. McCombe, Phys. Rev. 52, R8654 (1995).
[CrossRef]

Linfield, E.

M. Rochat, L. Ajili, H. Willenberg, J. Faist, H. Beere, G. Davies, E. Linfield, and D. Ritchie, Appl. Phys. Lett. 81, 1381 (2002).
[CrossRef]

Linfield, E. H.

R. Koehler, A. Tredicucci, F. Beltram, H. E. Beere, E. H. Linfield, A. G. Davies, D. A. Ritchie, R. C. Iotti, and F. Rossi, Nature 417, 156 (2002).
[CrossRef]

Lo, I.

S. K. Singh, B. D. McCombe, J. Kono, S. J. Allen, I. Lo, W. C. Mitchel, and C. E. Stutz, Phys. Rev. B 58, 7286 (1998).
[CrossRef]

McCombe, B. D.

S. K. Singh, B. D. McCombe, J. Kono, S. J. Allen, I. Lo, W. C. Mitchel, and C. E. Stutz, Phys. Rev. B 58, 7286 (1998).
[CrossRef]

J. Kono, S. T. Lee, M. S. Salib, G. S. Herold, A. Petrou, and B. D. McCombe, Phys. Rev. 52, R8654 (1995).
[CrossRef]

McGee, J. D.

E. Gornik, T. Y. Chang, T. J. Bridges, V. T. Nguyen, J. D. McGee, and W. Müller, Phys. Rev. Lett. 40, 1151 (1978).
[CrossRef]

Mitchel, W. C.

S. K. Singh, B. D. McCombe, J. Kono, S. J. Allen, I. Lo, W. C. Mitchel, and C. E. Stutz, Phys. Rev. B 58, 7286 (1998).
[CrossRef]

Mittleman, D. M.

A. Barkan and D. M. Mittleman, Department of Electrical and Computer Engineering, Rice University, Houston, Texas 77005 (personal communication, August21, 2003).

Müller, W.

E. Gornik, T. Y. Chang, T. J. Bridges, V. T. Nguyen, J. D. McGee, and W. Müller, Phys. Rev. Lett. 40, 1151 (1978).
[CrossRef]

Nguyen, V. T.

E. Gornik, T. Y. Chang, T. J. Bridges, V. T. Nguyen, J. D. McGee, and W. Müller, Phys. Rev. Lett. 40, 1151 (1978).
[CrossRef]

Petrou, A.

J. Kono, S. T. Lee, M. S. Salib, G. S. Herold, A. Petrou, and B. D. McCombe, Phys. Rev. 52, R8654 (1995).
[CrossRef]

Pidgeon, C. R.

C. R. Pidgeon and R. N. Brown, Phys. Rev. 146, 575 (1966).
[CrossRef]

Reno, J. L.

B. S. Williams, H. Callebaut, S. Kumar, Q. Hu, and J. L. Reno, Appl. Phys. Lett. 82, 1015 (2003).
[CrossRef]

Ritchie, D.

M. Rochat, L. Ajili, H. Willenberg, J. Faist, H. Beere, G. Davies, E. Linfield, and D. Ritchie, Appl. Phys. Lett. 81, 1381 (2002).
[CrossRef]

Ritchie, D. A.

R. Koehler, A. Tredicucci, F. Beltram, H. E. Beere, E. H. Linfield, A. G. Davies, D. A. Ritchie, R. C. Iotti, and F. Rossi, Nature 417, 156 (2002).
[CrossRef]

Rochat, M.

M. Rochat, L. Ajili, H. Willenberg, J. Faist, H. Beere, G. Davies, E. Linfield, and D. Ritchie, Appl. Phys. Lett. 81, 1381 (2002).
[CrossRef]

Rodriguez, G. A.

G. A. Rodriguez, R. M. Hart, A. J. Sievers, F. Keilmann, Z. Schlesinger, S. L. Wright, and W. I. Wang, Appl. Phys. Lett. 49, 458 (1986).
[CrossRef]

Rossi, F.

R. Koehler, A. Tredicucci, F. Beltram, H. E. Beere, E. H. Linfield, A. G. Davies, D. A. Ritchie, R. C. Iotti, and F. Rossi, Nature 417, 156 (2002).
[CrossRef]

Salib, M. S.

J. Kono, S. T. Lee, M. S. Salib, G. S. Herold, A. Petrou, and B. D. McCombe, Phys. Rev. 52, R8654 (1995).
[CrossRef]

Schlesinger, Z.

G. A. Rodriguez, R. M. Hart, A. J. Sievers, F. Keilmann, Z. Schlesinger, S. L. Wright, and W. I. Wang, Appl. Phys. Lett. 49, 458 (1986).
[CrossRef]

Sievers, A. J.

G. A. Rodriguez, R. M. Hart, A. J. Sievers, F. Keilmann, Z. Schlesinger, S. L. Wright, and W. I. Wang, Appl. Phys. Lett. 49, 458 (1986).
[CrossRef]

Singh, S. K.

S. K. Singh, B. D. McCombe, J. Kono, S. J. Allen, I. Lo, W. C. Mitchel, and C. E. Stutz, Phys. Rev. B 58, 7286 (1998).
[CrossRef]

Sivco, D. L.

See, e.g., F. Capasso, C. Gmachl, D. L. Sivco, and A. Y. Cho, Phys. Today 55(5), 34 (2002), and references therein.
[CrossRef]

Stutz, C. E.

S. K. Singh, B. D. McCombe, J. Kono, S. J. Allen, I. Lo, W. C. Mitchel, and C. E. Stutz, Phys. Rev. B 58, 7286 (1998).
[CrossRef]

Tittel, F. K.

A. A. Kosterev and F. K. Tittel, IEEE J. Quantum Electron. 38, 582 (2002).
[CrossRef]

Tredicucci, A.

R. Koehler, A. Tredicucci, F. Beltram, H. E. Beere, E. H. Linfield, A. G. Davies, D. A. Ritchie, R. C. Iotti, and F. Rossi, Nature 417, 156 (2002).
[CrossRef]

Wang, W. I.

G. A. Rodriguez, R. M. Hart, A. J. Sievers, F. Keilmann, Z. Schlesinger, S. L. Wright, and W. I. Wang, Appl. Phys. Lett. 49, 458 (1986).
[CrossRef]

Willenberg, H.

M. Rochat, L. Ajili, H. Willenberg, J. Faist, H. Beere, G. Davies, E. Linfield, and D. Ritchie, Appl. Phys. Lett. 81, 1381 (2002).
[CrossRef]

Williams, B. S.

B. S. Williams, H. Callebaut, S. Kumar, Q. Hu, and J. L. Reno, Appl. Phys. Lett. 82, 1015 (2003).
[CrossRef]

Wright, S. L.

G. A. Rodriguez, R. M. Hart, A. J. Sievers, F. Keilmann, Z. Schlesinger, S. L. Wright, and W. I. Wang, Appl. Phys. Lett. 49, 458 (1986).
[CrossRef]

Appl. Phys. Lett.

M. Rochat, L. Ajili, H. Willenberg, J. Faist, H. Beere, G. Davies, E. Linfield, and D. Ritchie, Appl. Phys. Lett. 81, 1381 (2002).
[CrossRef]

B. S. Williams, H. Callebaut, S. Kumar, Q. Hu, and J. L. Reno, Appl. Phys. Lett. 82, 1015 (2003).
[CrossRef]

V. M. Apalkov and T. Chakraborty, Appl. Phys. Lett. 78, 697 (2001).
[CrossRef]

G. A. Rodriguez, R. M. Hart, A. J. Sievers, F. Keilmann, Z. Schlesinger, S. L. Wright, and W. I. Wang, Appl. Phys. Lett. 49, 458 (1986).
[CrossRef]

IEEE J. Quantum Electron.

A. A. Kosterev and F. K. Tittel, IEEE J. Quantum Electron. 38, 582 (2002).
[CrossRef]

Nature

R. Koehler, A. Tredicucci, F. Beltram, H. E. Beere, E. H. Linfield, A. G. Davies, D. A. Ritchie, R. C. Iotti, and F. Rossi, Nature 417, 156 (2002).
[CrossRef]

Phys. Rev.

C. R. Pidgeon and R. N. Brown, Phys. Rev. 146, 575 (1966).
[CrossRef]

J. Kono, S. T. Lee, M. S. Salib, G. S. Herold, A. Petrou, and B. D. McCombe, Phys. Rev. 52, R8654 (1995).
[CrossRef]

Phys. Rev. B

S. K. Singh, B. D. McCombe, J. Kono, S. J. Allen, I. Lo, W. C. Mitchel, and C. E. Stutz, Phys. Rev. B 58, 7286 (1998).
[CrossRef]

Phys. Rev. Lett.

E. Gornik, T. Y. Chang, T. J. Bridges, V. T. Nguyen, J. D. McGee, and W. Müller, Phys. Rev. Lett. 40, 1151 (1978).
[CrossRef]

Phys. Today

See, e.g., F. Capasso, C. Gmachl, D. L. Sivco, and A. Y. Cho, Phys. Today 55(5), 34 (2002), and references therein.
[CrossRef]

Other

J. Kono, in Methods in Materials Research, E. N. Kaufmann, R. Abbaschian, A. Bocarsly, C.-L. Chien, D. Dollimore, B. Doyle, A. Goldman, R. Gronsky, S. Pearton, and J. Sanchez, eds. (Wiley, New York, 2001), Unit 9b.2.

A. Barkan and D. M. Mittleman, Department of Electrical and Computer Engineering, Rice University, Houston, Texas 77005 (personal communication, August21, 2003).

See, e.g., J. M. Chamberlain and R. E. Miles, eds., New Directions in Terahertz Technology (Kluwer Academic, Dordrecht, The Netherlands, 1997).
[CrossRef]

See, e.g., D. M. Mittleman, ed., Sensing with Terahertz Radiation (Springer-Verlag, Berlin, 2003).
[CrossRef]

Cited By

OSA participates in CrossRef's Cited-By Linking service. Citing articles from OSA journals and other participating publishers are listed here.

Alert me when this article is cited.


Figures (3)

Fig. 1
Fig. 1

Transmission as a function of magnetic field at several temperatures for InAs/AlSb quantum wells. The quantum-cascade laser wavelength is 64 µm (4.7 THz), and the sample temperatures range from 60 to 300 K.

Fig. 2
Fig. 2

(a) Resonance field as a function of photon frequency at 1.5 K for the InAs/AlSb quantum wells. The straight line has a slope of 1.51 T/THz, corresponding to an effective mass of 0.042 m0. (b) Cyclotron mass versus temperature at 4.7 THz for the InAs/AlSb quantum wells. The experimental mass (triangles) increases with increasing temperature, whereas the theoretical masses (open and filled circles) for two possible CR transitions show the opposite behavior.

Fig. 3
Fig. 3

Transmission as a function of magnetic field of an InSb/Al0.09In0.91Sb quantum well. The QCL’s wavelength is 64 µm (4.7 THz), and the sample temperature is 1.5 K.

Metrics