磁場螢光光譜與分析方法

在外加均勻磁場的情況下，光激發螢光光譜會產生遷移，主要是受到了反磁性位移 以及塞曼效應的影響。在磁場光激發螢光光譜的實驗中，量測之磁場範圍為 0 T 到 14 T，

磁場間隔為 0.5 T，使用的量測系統為磁場光激發螢光光譜(Magneto-photoluminescence) 量測系統，量測溫度大約為 1.4 K。圖 4-11 為量子點樣品 RN0069(QDs)的磁場光激發螢 光光譜，激發功率 650 mW，激發密度約 16.25 W/cm²，由於樣品 RN0069(QDs)的密度 很低(約 1×10⁸ cm^-2)，所以可以明顯地看到載子在基態、第一激發態以及第二激發態的 躍遷。量子點在外加均勻磁場下，光譜中基態的發光峰值所對應到的能量，會隨著磁場 的增加而往高能量移動，此現象稱為藍移，而第一激發態以及第二激發態的峰值會隨著 磁場的增加而產生分裂。為了要清楚定義能量的位置，每一張能譜都使用數條高斯譜線 去擬合。對基態而言，在外加磁場的情況下不會產生分裂，只會受到反磁性位移的影響 而產生能量位置的藍移；對第一激發態來說，除了反磁性位移的影響之外，還受到了塞 曼效應的影響而產生能階的分裂，而在零磁場時的簡併數目為兩個，所以在外加磁場的 光譜中，使用兩個高斯譜線去擬合；第二激發態在零磁場時的簡併數目是三個，所以在 外加磁場光譜中用三個高斯譜線去擬合。圖 4-11 為磁場在 0 T、7 T、14 T 時，使用數 條高斯譜線去擬合的結果，以及可以看出不同的能態其能量分裂的過程。量測圖中，黑 色空心圓點是原始的量測數據，實線代表的是擬合時使用的高斯譜線，深藍色線為光譜 中基態發光的部分，紅色實線屬於第一激發態的部分，藍色實線為第二激發態的部分，

以及桃紅色線為同一張光譜中，每一條高斯譜線最後疊合的結果。第一激發態在外加磁 場的情況下分裂成兩個，第二激發態分裂成三個。數條高斯譜線擬合疊加後的結果會與 原始的量測數據一致。

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圖 4-11 RN0069(QDs)激發功率為 650 mW，在磁場為 0 T、7 T、14 T 時，利用數條高 斯譜線去擬合的結果以及能量分裂的過程。黑色空心圓點是原始的量測數據，實線為不 同條高斯譜線，深藍色線為基態的部分，紅色線為第一激發態的部分，藍色線為第二激 發態的部分，以及桃紅色線為數條高斯譜線最後疊合的結果。第一激發態在外加磁場的 情況下分裂成兩個，第二激發態分裂成三個。數條高斯譜線擬合疊加後的結果與原始的

量測數據一致。

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圖 4-12 為樣品 RN0069(QDs)在激發功率 650 mW 下的磁場光激發螢光光譜，磁場 範圍 0 T 到 14 T，每隔 1 T 有一條譜線，由圖 4-12 可以看到隨著磁場變化，光譜遷移的 趨勢。

圖 4-12 RN0069(QDs)激發功率 650 mW 時的磁場螢光光譜

1.05 1.10 1.15 1.20 1.25 1.30 1.35 1.40 650 mW

In te n s it y ( a rb . u n it s )

Energy (eV)

0T

14T

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將光譜經由高斯擬合得到每一個能態之發光能量對磁場作圖，如圖 4-13。圖中，黑 色點為基態的峰值對磁場的關係，其主量子數以及角動量量子數 為 ；紅色點 為第一激發態的部分，而且在外加磁場的情況下，峰值會從一個分裂成兩個，分別代表 及 這兩個能態， 的能態之能量會隨著磁場增加而變大， 的能 態會隨著磁場的增加而能量變小；藍色點為第二激發態的部分，在有磁場的情況下，峰 值會從一個分裂成三個，分別為 、 、 三個能態， 的能態其能量會 隨著磁場增加而越來越大，而 的能量會隨著磁場的增加而變小。對基態而言，

能量的偏移只有受到反磁性位移的影響，所以能量的變化會與磁場的平方成正比，

，其中 為反磁係數，可以經由擬合的結果得到反磁係數的大小。而對第一 激發態來說，因為外加磁場而產生能量分裂，而能量差為塞曼效應影響產生的塞曼分裂，

，能量差會對磁場呈線性的關係。另外，第二激發態因為塞曼效應而會分 裂成三個，其主量子數以及角動量量子數 分別為 、 、 ，根據塞曼 效應的能量差 ，因此 跟 這兩個能態對應到的能量差會對 磁場呈線性的關係。在激發功率為 650 mW，第一激發態在 14 T 時能量分裂的大小約為 30 meV，第二激發態約為 60 meV。另外，藉由第一激發態以及第二激發態之簡併態的 能量分裂對磁場的關係，可以求出激子的等效質量。

圖 4-14 為理論計算中，量子點在不同能態下，其簡併態以及能量對磁場的變化關 係圖。由實驗分析的結果與理論計算的結果比較，可以發現能量對磁場的變化趨勢是一 致的。

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