Abstract

Nonspherical semiconductor nanocrystals (NCs) may exhibit strongly anisotropic photoluminescence due to the intraband transitions, whose matrix elements depend critically on the envelope wave functions of the confined electrons and holes. We demonstrate that this anisotropy may be used as the basis for a new type of polarization spectroscopy, enabling one to reliably determine the shape and spatial orientation of individual NCs, as well as providing important information on the symmetry of quantum states involved in optical transitions.

© 2012 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. H.-J. Eisler, V. C. Sundar, M. G. Bawendi, M. Walsh, H. I. Smith, and V. Klimov, Appl. Phys. Lett. 80, 4614 (2002).
    [CrossRef]
  2. X. Michalet, F. F. Pinaud, L. A. Bentolila, J. M. Tsay, S. Doose, J. J. Li, G. Sundaresan, A. M. Wu, S. S. Gambhir, and S. Weiss, Science 307, 538 (2005).
    [CrossRef]
  3. Z. Yuan, B. E. Kardynal, R. M. Stevenson, A. J. Shields, C. J. Lobo, K. Cooper, N. S. Beattie, D. A. Ritchie, and M. Pepper, Science 295, 102 (2002).
    [CrossRef]
  4. D. V. Talapin, J.-S. Lee, M. V. Kovalenko, and E. V. Shevchenko, Chem. Rev. 110, 389 (2010).
    [CrossRef]
  5. L. Bergman and J. L. McHale, eds., Handbook of Luminescent Semiconductor Materials (CRC, 2012).
  6. F. Wackenhut, A. V. Failla, T. Zuchner, M. Steiner, and A. J. Meixner, Appl. Phys. Lett. 100, 263102 (2012).
    [CrossRef]
  7. M. Sugisaki, H.-W. Ren, S. V. Nair, K. Nishi, S. Sugou, T. Okuno, and Y. Masumoto, Phys. Rev. B 59, R5300 (1999).
    [CrossRef]
  8. V. Zwiller, L. Jarlskog, M.-E. Pistol, C. Pryor, P. Castrillo, W. Seifert, and L. Samuelson, Phys. Rev. B 63, 233301 (2001).
    [CrossRef]
  9. X. Chen, A. Nazzal, D. Goorskey, and M. Xiao, Phys. Rev. B 64, 245304 (2001).
    [CrossRef]
  10. G. Cantele, G. Piacente, D. Ninno, and G. Iadonisi, Phys. Rev. B 66, 113308 (2002).
    [CrossRef]
  11. J. Qi, C. Mao, J. M. White, and A. M. Belcher, Phys. Rev. B 68, 125319 (2003).
    [CrossRef]
  12. V. K. Turkov, S. Yu. Kruchinin, and A. V. Fedorov, Opt. Spectrosc. 110, 740 (2011).
    [CrossRef]
  13. I. D. Rukhlenko, D. Handapangoda, M. Premaratne, A. V. Fedorov, A. V. Baranov, and C. Jagadish, Opt. Express 17, 17570 (2009).
    [CrossRef]
  14. I. D. Rukhlenko, A. V. Fedorov, A. S. Baymuratov, and M. Premaratne, Opt. Express 19, 15459 (2011).
    [CrossRef]
  15. O. Madelung, M. Schultz, and H. Weiss, eds., Semiconductors. Physics of Group IV Elements and III–V Compounds (Springer-Verlag, 1982).

2012

F. Wackenhut, A. V. Failla, T. Zuchner, M. Steiner, and A. J. Meixner, Appl. Phys. Lett. 100, 263102 (2012).
[CrossRef]

2011

V. K. Turkov, S. Yu. Kruchinin, and A. V. Fedorov, Opt. Spectrosc. 110, 740 (2011).
[CrossRef]

I. D. Rukhlenko, A. V. Fedorov, A. S. Baymuratov, and M. Premaratne, Opt. Express 19, 15459 (2011).
[CrossRef]

2010

D. V. Talapin, J.-S. Lee, M. V. Kovalenko, and E. V. Shevchenko, Chem. Rev. 110, 389 (2010).
[CrossRef]

2009

2005

X. Michalet, F. F. Pinaud, L. A. Bentolila, J. M. Tsay, S. Doose, J. J. Li, G. Sundaresan, A. M. Wu, S. S. Gambhir, and S. Weiss, Science 307, 538 (2005).
[CrossRef]

2003

J. Qi, C. Mao, J. M. White, and A. M. Belcher, Phys. Rev. B 68, 125319 (2003).
[CrossRef]

2002

G. Cantele, G. Piacente, D. Ninno, and G. Iadonisi, Phys. Rev. B 66, 113308 (2002).
[CrossRef]

Z. Yuan, B. E. Kardynal, R. M. Stevenson, A. J. Shields, C. J. Lobo, K. Cooper, N. S. Beattie, D. A. Ritchie, and M. Pepper, Science 295, 102 (2002).
[CrossRef]

H.-J. Eisler, V. C. Sundar, M. G. Bawendi, M. Walsh, H. I. Smith, and V. Klimov, Appl. Phys. Lett. 80, 4614 (2002).
[CrossRef]

2001

V. Zwiller, L. Jarlskog, M.-E. Pistol, C. Pryor, P. Castrillo, W. Seifert, and L. Samuelson, Phys. Rev. B 63, 233301 (2001).
[CrossRef]

X. Chen, A. Nazzal, D. Goorskey, and M. Xiao, Phys. Rev. B 64, 245304 (2001).
[CrossRef]

1999

M. Sugisaki, H.-W. Ren, S. V. Nair, K. Nishi, S. Sugou, T. Okuno, and Y. Masumoto, Phys. Rev. B 59, R5300 (1999).
[CrossRef]

Baranov, A. V.

Bawendi, M. G.

H.-J. Eisler, V. C. Sundar, M. G. Bawendi, M. Walsh, H. I. Smith, and V. Klimov, Appl. Phys. Lett. 80, 4614 (2002).
[CrossRef]

Baymuratov, A. S.

Beattie, N. S.

Z. Yuan, B. E. Kardynal, R. M. Stevenson, A. J. Shields, C. J. Lobo, K. Cooper, N. S. Beattie, D. A. Ritchie, and M. Pepper, Science 295, 102 (2002).
[CrossRef]

Belcher, A. M.

J. Qi, C. Mao, J. M. White, and A. M. Belcher, Phys. Rev. B 68, 125319 (2003).
[CrossRef]

Bentolila, L. A.

X. Michalet, F. F. Pinaud, L. A. Bentolila, J. M. Tsay, S. Doose, J. J. Li, G. Sundaresan, A. M. Wu, S. S. Gambhir, and S. Weiss, Science 307, 538 (2005).
[CrossRef]

Cantele, G.

G. Cantele, G. Piacente, D. Ninno, and G. Iadonisi, Phys. Rev. B 66, 113308 (2002).
[CrossRef]

Castrillo, P.

V. Zwiller, L. Jarlskog, M.-E. Pistol, C. Pryor, P. Castrillo, W. Seifert, and L. Samuelson, Phys. Rev. B 63, 233301 (2001).
[CrossRef]

Chen, X.

X. Chen, A. Nazzal, D. Goorskey, and M. Xiao, Phys. Rev. B 64, 245304 (2001).
[CrossRef]

Cooper, K.

Z. Yuan, B. E. Kardynal, R. M. Stevenson, A. J. Shields, C. J. Lobo, K. Cooper, N. S. Beattie, D. A. Ritchie, and M. Pepper, Science 295, 102 (2002).
[CrossRef]

Doose, S.

X. Michalet, F. F. Pinaud, L. A. Bentolila, J. M. Tsay, S. Doose, J. J. Li, G. Sundaresan, A. M. Wu, S. S. Gambhir, and S. Weiss, Science 307, 538 (2005).
[CrossRef]

Eisler, H.-J.

H.-J. Eisler, V. C. Sundar, M. G. Bawendi, M. Walsh, H. I. Smith, and V. Klimov, Appl. Phys. Lett. 80, 4614 (2002).
[CrossRef]

Failla, A. V.

F. Wackenhut, A. V. Failla, T. Zuchner, M. Steiner, and A. J. Meixner, Appl. Phys. Lett. 100, 263102 (2012).
[CrossRef]

Fedorov, A. V.

Gambhir, S. S.

X. Michalet, F. F. Pinaud, L. A. Bentolila, J. M. Tsay, S. Doose, J. J. Li, G. Sundaresan, A. M. Wu, S. S. Gambhir, and S. Weiss, Science 307, 538 (2005).
[CrossRef]

Goorskey, D.

X. Chen, A. Nazzal, D. Goorskey, and M. Xiao, Phys. Rev. B 64, 245304 (2001).
[CrossRef]

Handapangoda, D.

Iadonisi, G.

G. Cantele, G. Piacente, D. Ninno, and G. Iadonisi, Phys. Rev. B 66, 113308 (2002).
[CrossRef]

Jagadish, C.

Jarlskog, L.

V. Zwiller, L. Jarlskog, M.-E. Pistol, C. Pryor, P. Castrillo, W. Seifert, and L. Samuelson, Phys. Rev. B 63, 233301 (2001).
[CrossRef]

Kardynal, B. E.

Z. Yuan, B. E. Kardynal, R. M. Stevenson, A. J. Shields, C. J. Lobo, K. Cooper, N. S. Beattie, D. A. Ritchie, and M. Pepper, Science 295, 102 (2002).
[CrossRef]

Klimov, V.

H.-J. Eisler, V. C. Sundar, M. G. Bawendi, M. Walsh, H. I. Smith, and V. Klimov, Appl. Phys. Lett. 80, 4614 (2002).
[CrossRef]

Kovalenko, M. V.

D. V. Talapin, J.-S. Lee, M. V. Kovalenko, and E. V. Shevchenko, Chem. Rev. 110, 389 (2010).
[CrossRef]

Kruchinin, S. Yu.

V. K. Turkov, S. Yu. Kruchinin, and A. V. Fedorov, Opt. Spectrosc. 110, 740 (2011).
[CrossRef]

Lee, J.-S.

D. V. Talapin, J.-S. Lee, M. V. Kovalenko, and E. V. Shevchenko, Chem. Rev. 110, 389 (2010).
[CrossRef]

Li, J. J.

X. Michalet, F. F. Pinaud, L. A. Bentolila, J. M. Tsay, S. Doose, J. J. Li, G. Sundaresan, A. M. Wu, S. S. Gambhir, and S. Weiss, Science 307, 538 (2005).
[CrossRef]

Lobo, C. J.

Z. Yuan, B. E. Kardynal, R. M. Stevenson, A. J. Shields, C. J. Lobo, K. Cooper, N. S. Beattie, D. A. Ritchie, and M. Pepper, Science 295, 102 (2002).
[CrossRef]

Mao, C.

J. Qi, C. Mao, J. M. White, and A. M. Belcher, Phys. Rev. B 68, 125319 (2003).
[CrossRef]

Masumoto, Y.

M. Sugisaki, H.-W. Ren, S. V. Nair, K. Nishi, S. Sugou, T. Okuno, and Y. Masumoto, Phys. Rev. B 59, R5300 (1999).
[CrossRef]

Meixner, A. J.

F. Wackenhut, A. V. Failla, T. Zuchner, M. Steiner, and A. J. Meixner, Appl. Phys. Lett. 100, 263102 (2012).
[CrossRef]

Michalet, X.

X. Michalet, F. F. Pinaud, L. A. Bentolila, J. M. Tsay, S. Doose, J. J. Li, G. Sundaresan, A. M. Wu, S. S. Gambhir, and S. Weiss, Science 307, 538 (2005).
[CrossRef]

Nair, S. V.

M. Sugisaki, H.-W. Ren, S. V. Nair, K. Nishi, S. Sugou, T. Okuno, and Y. Masumoto, Phys. Rev. B 59, R5300 (1999).
[CrossRef]

Nazzal, A.

X. Chen, A. Nazzal, D. Goorskey, and M. Xiao, Phys. Rev. B 64, 245304 (2001).
[CrossRef]

Ninno, D.

G. Cantele, G. Piacente, D. Ninno, and G. Iadonisi, Phys. Rev. B 66, 113308 (2002).
[CrossRef]

Nishi, K.

M. Sugisaki, H.-W. Ren, S. V. Nair, K. Nishi, S. Sugou, T. Okuno, and Y. Masumoto, Phys. Rev. B 59, R5300 (1999).
[CrossRef]

Okuno, T.

M. Sugisaki, H.-W. Ren, S. V. Nair, K. Nishi, S. Sugou, T. Okuno, and Y. Masumoto, Phys. Rev. B 59, R5300 (1999).
[CrossRef]

Pepper, M.

Z. Yuan, B. E. Kardynal, R. M. Stevenson, A. J. Shields, C. J. Lobo, K. Cooper, N. S. Beattie, D. A. Ritchie, and M. Pepper, Science 295, 102 (2002).
[CrossRef]

Piacente, G.

G. Cantele, G. Piacente, D. Ninno, and G. Iadonisi, Phys. Rev. B 66, 113308 (2002).
[CrossRef]

Pinaud, F. F.

X. Michalet, F. F. Pinaud, L. A. Bentolila, J. M. Tsay, S. Doose, J. J. Li, G. Sundaresan, A. M. Wu, S. S. Gambhir, and S. Weiss, Science 307, 538 (2005).
[CrossRef]

Pistol, M.-E.

V. Zwiller, L. Jarlskog, M.-E. Pistol, C. Pryor, P. Castrillo, W. Seifert, and L. Samuelson, Phys. Rev. B 63, 233301 (2001).
[CrossRef]

Premaratne, M.

Pryor, C.

V. Zwiller, L. Jarlskog, M.-E. Pistol, C. Pryor, P. Castrillo, W. Seifert, and L. Samuelson, Phys. Rev. B 63, 233301 (2001).
[CrossRef]

Qi, J.

J. Qi, C. Mao, J. M. White, and A. M. Belcher, Phys. Rev. B 68, 125319 (2003).
[CrossRef]

Ren, H.-W.

M. Sugisaki, H.-W. Ren, S. V. Nair, K. Nishi, S. Sugou, T. Okuno, and Y. Masumoto, Phys. Rev. B 59, R5300 (1999).
[CrossRef]

Ritchie, D. A.

Z. Yuan, B. E. Kardynal, R. M. Stevenson, A. J. Shields, C. J. Lobo, K. Cooper, N. S. Beattie, D. A. Ritchie, and M. Pepper, Science 295, 102 (2002).
[CrossRef]

Rukhlenko, I. D.

Samuelson, L.

V. Zwiller, L. Jarlskog, M.-E. Pistol, C. Pryor, P. Castrillo, W. Seifert, and L. Samuelson, Phys. Rev. B 63, 233301 (2001).
[CrossRef]

Seifert, W.

V. Zwiller, L. Jarlskog, M.-E. Pistol, C. Pryor, P. Castrillo, W. Seifert, and L. Samuelson, Phys. Rev. B 63, 233301 (2001).
[CrossRef]

Shevchenko, E. V.

D. V. Talapin, J.-S. Lee, M. V. Kovalenko, and E. V. Shevchenko, Chem. Rev. 110, 389 (2010).
[CrossRef]

Shields, A. J.

Z. Yuan, B. E. Kardynal, R. M. Stevenson, A. J. Shields, C. J. Lobo, K. Cooper, N. S. Beattie, D. A. Ritchie, and M. Pepper, Science 295, 102 (2002).
[CrossRef]

Smith, H. I.

H.-J. Eisler, V. C. Sundar, M. G. Bawendi, M. Walsh, H. I. Smith, and V. Klimov, Appl. Phys. Lett. 80, 4614 (2002).
[CrossRef]

Steiner, M.

F. Wackenhut, A. V. Failla, T. Zuchner, M. Steiner, and A. J. Meixner, Appl. Phys. Lett. 100, 263102 (2012).
[CrossRef]

Stevenson, R. M.

Z. Yuan, B. E. Kardynal, R. M. Stevenson, A. J. Shields, C. J. Lobo, K. Cooper, N. S. Beattie, D. A. Ritchie, and M. Pepper, Science 295, 102 (2002).
[CrossRef]

Sugisaki, M.

M. Sugisaki, H.-W. Ren, S. V. Nair, K. Nishi, S. Sugou, T. Okuno, and Y. Masumoto, Phys. Rev. B 59, R5300 (1999).
[CrossRef]

Sugou, S.

M. Sugisaki, H.-W. Ren, S. V. Nair, K. Nishi, S. Sugou, T. Okuno, and Y. Masumoto, Phys. Rev. B 59, R5300 (1999).
[CrossRef]

Sundar, V. C.

H.-J. Eisler, V. C. Sundar, M. G. Bawendi, M. Walsh, H. I. Smith, and V. Klimov, Appl. Phys. Lett. 80, 4614 (2002).
[CrossRef]

Sundaresan, G.

X. Michalet, F. F. Pinaud, L. A. Bentolila, J. M. Tsay, S. Doose, J. J. Li, G. Sundaresan, A. M. Wu, S. S. Gambhir, and S. Weiss, Science 307, 538 (2005).
[CrossRef]

Talapin, D. V.

D. V. Talapin, J.-S. Lee, M. V. Kovalenko, and E. V. Shevchenko, Chem. Rev. 110, 389 (2010).
[CrossRef]

Tsay, J. M.

X. Michalet, F. F. Pinaud, L. A. Bentolila, J. M. Tsay, S. Doose, J. J. Li, G. Sundaresan, A. M. Wu, S. S. Gambhir, and S. Weiss, Science 307, 538 (2005).
[CrossRef]

Turkov, V. K.

V. K. Turkov, S. Yu. Kruchinin, and A. V. Fedorov, Opt. Spectrosc. 110, 740 (2011).
[CrossRef]

Wackenhut, F.

F. Wackenhut, A. V. Failla, T. Zuchner, M. Steiner, and A. J. Meixner, Appl. Phys. Lett. 100, 263102 (2012).
[CrossRef]

Walsh, M.

H.-J. Eisler, V. C. Sundar, M. G. Bawendi, M. Walsh, H. I. Smith, and V. Klimov, Appl. Phys. Lett. 80, 4614 (2002).
[CrossRef]

Weiss, S.

X. Michalet, F. F. Pinaud, L. A. Bentolila, J. M. Tsay, S. Doose, J. J. Li, G. Sundaresan, A. M. Wu, S. S. Gambhir, and S. Weiss, Science 307, 538 (2005).
[CrossRef]

White, J. M.

J. Qi, C. Mao, J. M. White, and A. M. Belcher, Phys. Rev. B 68, 125319 (2003).
[CrossRef]

Wu, A. M.

X. Michalet, F. F. Pinaud, L. A. Bentolila, J. M. Tsay, S. Doose, J. J. Li, G. Sundaresan, A. M. Wu, S. S. Gambhir, and S. Weiss, Science 307, 538 (2005).
[CrossRef]

Xiao, M.

X. Chen, A. Nazzal, D. Goorskey, and M. Xiao, Phys. Rev. B 64, 245304 (2001).
[CrossRef]

Yuan, Z.

Z. Yuan, B. E. Kardynal, R. M. Stevenson, A. J. Shields, C. J. Lobo, K. Cooper, N. S. Beattie, D. A. Ritchie, and M. Pepper, Science 295, 102 (2002).
[CrossRef]

Zuchner, T.

F. Wackenhut, A. V. Failla, T. Zuchner, M. Steiner, and A. J. Meixner, Appl. Phys. Lett. 100, 263102 (2012).
[CrossRef]

Zwiller, V.

V. Zwiller, L. Jarlskog, M.-E. Pistol, C. Pryor, P. Castrillo, W. Seifert, and L. Samuelson, Phys. Rev. B 63, 233301 (2001).
[CrossRef]

Appl. Phys. Lett.

H.-J. Eisler, V. C. Sundar, M. G. Bawendi, M. Walsh, H. I. Smith, and V. Klimov, Appl. Phys. Lett. 80, 4614 (2002).
[CrossRef]

F. Wackenhut, A. V. Failla, T. Zuchner, M. Steiner, and A. J. Meixner, Appl. Phys. Lett. 100, 263102 (2012).
[CrossRef]

Chem. Rev.

D. V. Talapin, J.-S. Lee, M. V. Kovalenko, and E. V. Shevchenko, Chem. Rev. 110, 389 (2010).
[CrossRef]

Opt. Express

Opt. Spectrosc.

V. K. Turkov, S. Yu. Kruchinin, and A. V. Fedorov, Opt. Spectrosc. 110, 740 (2011).
[CrossRef]

Phys. Rev. B

M. Sugisaki, H.-W. Ren, S. V. Nair, K. Nishi, S. Sugou, T. Okuno, and Y. Masumoto, Phys. Rev. B 59, R5300 (1999).
[CrossRef]

V. Zwiller, L. Jarlskog, M.-E. Pistol, C. Pryor, P. Castrillo, W. Seifert, and L. Samuelson, Phys. Rev. B 63, 233301 (2001).
[CrossRef]

X. Chen, A. Nazzal, D. Goorskey, and M. Xiao, Phys. Rev. B 64, 245304 (2001).
[CrossRef]

G. Cantele, G. Piacente, D. Ninno, and G. Iadonisi, Phys. Rev. B 66, 113308 (2002).
[CrossRef]

J. Qi, C. Mao, J. M. White, and A. M. Belcher, Phys. Rev. B 68, 125319 (2003).
[CrossRef]

Science

X. Michalet, F. F. Pinaud, L. A. Bentolila, J. M. Tsay, S. Doose, J. J. Li, G. Sundaresan, A. M. Wu, S. S. Gambhir, and S. Weiss, Science 307, 538 (2005).
[CrossRef]

Z. Yuan, B. E. Kardynal, R. M. Stevenson, A. J. Shields, C. J. Lobo, K. Cooper, N. S. Beattie, D. A. Ritchie, and M. Pepper, Science 295, 102 (2002).
[CrossRef]

Other

L. Bergman and J. L. McHale, eds., Handbook of Luminescent Semiconductor Materials (CRC, 2012).

O. Madelung, M. Schultz, and H. Weiss, eds., Semiconductors. Physics of Group IV Elements and III–V Compounds (Springer-Verlag, 1982).

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.

Ordering of the lowest-energy electronic states involved in the intraband transitions inside three types of cylindrical NCs: (a) quantum disk with d=4h, (b) quantum dot with d=h, and (c) quantum rod with d=0.3h (d and h are the diameter and height of the NC). The ground state is {1,0,1} in all cases. Polarization vector e of the emitted photons has angular coordinates ϑ and φ defined in (a).

Fig. 2.
Fig. 2.

Intraband optical transitions in a cylindrical NC upon a change in [(a), (b)] the first two quantum numbers (n and l) and [(c), (d)] the last quantum number (p) of [(a), (c)] electrons and [(b), (d)] holes. Three-dimensional images show polarization dependencies of the PL intensity for the two types of transitions.

Fig. 3.
Fig. 3.

PL intensity as a function of polar angle ϑ (φ=const) for the relevant intraband transitions inside the (a) quantum disk, (b) quantum dot, and (c) quantum rod shown in Fig. 1. Vertical and horizontal dumbbells correspond to the transitions with the change in the quantum numbers p and l, respectively.

Equations (5)

Equations on this page are rendered with MathJax. Learn more.

Enlp=22me(h)[(2ζnld)2+(πph)2],
Vf,i(e·r)=e(δpfpisinϑ2Anflfniliμ=±1μeiμφδlf,li+μ+cosϑBpfpiδnfniδlfli),
Anflfnili=2dζnflfζnili(ζnflf2ζnili2)2,Bpfpi=8hpfpiπ2(pf2pi2)2,
d2σdΘdωλ[Anflfnili2δpfpi(δlf,li+1+δlf,li1)sin2ϑ+Bpfpi2η(lf)δnfniδlflicos2ϑ]ωif4,
βnflf;nilipfpi;l=π4η(l)8(pfpiζnflfζnili)2α6,

Metrics