Projekt dotyczył półprzewodnikowych struktur fotonicznych: mikrownęk i mikrofilarów, które wytwarzaliśmy w nowym laboratorium epitaksji z wiązek molekularnych (MBE – molecular beam epitaxy) oraz przy pomocy trawienia skupioną wiązką jonów (FIB – focused ion beam). Umieszczenie kropek kwantowych w mikrownękach i mikrofilarach pozwala na sterowanie takimi właściwościami optycznymi jak np przyspieszenie/spowolnienie emisji (efekt Purcella) i poszerzenie/zawężenie linii ekscytonowych. Struktury fotoniczne pozwalają także na ukierunkowanie, wzmocnienie i efektywne wyprowadzenie emitowanego światła poza półprzewodnik. Pozwalają także na uzyskanie akcji laserowej. W ramach projetku udało się uzyskac i zbadać wszystkie z wymienionych wyżej efektów.

Projekt był realizowany w Zakładzie Fizyki Ciała Stałego Instytutu Fizyki Doświadczalnej, na Wydziale Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego.

W ramach trzyletniego projektu udało się uruchomić maszynę MBE, wyhodować i zbadać ponad 700 próbek na bazie tellurków, selenków i arsenków. Były to struktury mikrownękowe z kropkami oraz studniami kwantowymi, a także składniki tych struktur, czyli warstwy półprzewodnikowe, różne rodzaje kropek kwantowych, studni kwantowych, zwierciadeł Bragga, a także półprzewodniki półmagnetyczne. Na bazie mikrownęk planarnych, używając skupionej wiązki jonów, udało się już wytworzyć wnęki mikofilarowe, w tym wnęki mikofilarowe świecące na żółto i mikrownęki laserujące. Podczas trwania projektu powstało ponad 20 publikacji: w tym publikacje w prestiżowych czasopismach takich jak ACS Nano, Nature Communications, Crystal Growth and Design, Applied Physics Letters, Physical Review B. Nasze najważniejsze wynalazki to nowe struktury fotoniczne ograniczające światło w trzech wymiarach, nowe lasery polarytonowe, nowe systemy dla solotroniki (optoelektroniki opartej na pojedynczych domieszkach), w tym systemy solotroniczne oparte na mikrownękach.

Jeden z naszych artykułów na temat mikrownęk filarowych [T. Jakubczyk et al., APL 2012] został uhoronowany przez redaktorów Applied Physics Letters w "Editor's Choice 2012", jako jeden z dwóch polecanych artykułów z dziedziny półprzewodników. Natomiast w ramach pracy doktorskiej Jakuba Kobaka i pracy licencjackiej Michała Papaja wytworzono kropki kwantowe dobrze świecące na żółto pomimo domieszkowania jonami magnetycznymi. Praca licencjacka została nagrodzona medalem chemii i jest często komentowana w mediach. Nasza praca o projektowaniu kropek dla solotroniki została zauważona przez serwisy naukowe w odległych krańcach świata.

Publikacje związane z projektem:

Publikacje na temat mikrownęk:

25. J.-G. Rousset, B. Piętka, M. Król, R. Mirek, K. Lekenta, J. Szczytko, J. Borysiuk, J. Suffczyński, T. Kazimierczuk, M. Goryca, T. Smoleński, P. Kossacki, M. Nawrocki, W. Pacuski.
"Strong coupling and polariton lasing in Te based microcavities embedding (Cd,Zn)Te quantum wells",
Applied Physics Letters 107, 201109 (2015), or free access preprint arXiv:1510.04723

24. T. Jakubczyk , H. Franke , T. Smoleński , M. Ściesiek , W. Pacuski, A. Golnik , R. Schmidt-Grund , M. Grundmann , C. Kruse , D. Hommel, P. Kossacki,
Inhibition and Enhancement of the Spontaneous Emission of Quantum Dots in Micropillar Cavities with Radial Distributed Bragg Reflectors,
ACS Nano 8, 9970 (2014).

23. W. Pacuski,
Individual cobalt and manganese ions in semiconductor quantum dots and photonic structures,
Proc. SPIE 9167, Spintronics VII, 91670K (2014); doi:10.1117/12.2063774

22. W. Pacuski, T. Jakubczyk, C. Kruse, J. Kobak, T. Kazimierczuk, M. Goryca, A. Golnik, P. Kossacki, M. Wiater, P. Wojnar, G. Karczewski, T. Wojtowicz, D. Hommel,
Micropillar cavity containing a CdTe quantum dot with a single manganese ion,
Crystal Growth & Design 14, 988 (2014).

21. J.-G. Rousset, J. Kobak, E. Janik, M. Parlinska-Wojtan, T. Słupinski, J. Suffczyński, A. Golnik, P. Kossacki, M. Nawrocki, W. Pacuski,
Influence of ZnTe based distributed Bragg reflectors on the yellow range luminescence of self assembled CdTe QDs,
arXiv:1411.0525 (2014).

20. T. Jakubczyk, W. Pacuski, T. Smoleński, A. Golnik, M. Florian, F. Jahnke, C. Kruse, D. Hommel, P. Kossacki,
"Pronounced Purcell enhancement of spontaneous emission in CdTe/ZnTe quantum dots embedded in micropillar cavities",
Appl. Phys. Lett. 101, 132105 (2012).

19. T. Jakubczyk, W. Pacuski, T. Smoleński, A. Golnik, M. Florian, F. Jahnke, C. Kruse, D. Hommel, and P. Kossacki,
Light-matter coupling in ZnTe-based micropillar cavities containing CdTe quantum dots,
J. Appl. Phys. 113, 136504 (2013).

18. J.-G. Rousset, J. Kobak, E. Janik, T. Jakubczyk, R. Rudniewski, P. Piotrowski, M. Ściesiek, J. Borysiuk, T. Slupinski, A. Golnik, P. Kossacki, M. Nawrocki, W. Pacuski,
MBE grown microcavities based on selenium and tellurium compounds,
Journal of Crystal Growth 401, 499 (2014).

17. J.-G. Rousset, J. Kobak, T. Slupinski, T. Jakubczyk, P. Stawicki, E. Janik, M. Tokarczyk, G. Kowalski, M. Nawrocki, W. Pacuski,
MBE growth and characterization of a II-VI distributed Bragg reflector and microcavity lattice-matched to MgTe,
Journal of Crystal Growth 378, 266 (2013).

16. J.-G. Rousset, T. Słupinski, T. Jakubczyk, J. Kobak, P. Stawicki, K. Gołasa, A. Babinski, M. Nawrocki, W. Pacuski,
MBE Growth and Characterization of a III-V Distributed Bragg Reflectors and InAs Quantum Dots
Acta Physica Polonica A 122, 984 (2012).

15. M. Ściesiek, K. Gietka, A. Golnik, P. Kossacki, T. Jakubczyk, Pacuski, C. Kruse, and D. Hommel
Toward Better Light-Confinement in Micropillar Cavities,
Acta Physica Polonica A 120, 877 (2011).

Publikacje na temat kropek kwantowych i warstw do zastosowania w badanych mikrownękach:

14. K. Sawicki, F. K. Malinowski, K. Gałkowski, T. Jakubczyk, P. Kossacki, W. Pacuski and J. Suffczyński,
"Single-color, in situ photolithography marking of individual CdTe/ZnTe quantum dots containing a single Mn2+ ion",
Appl. Phys. Lett. 106, 012101 (2015).

13. J. Kobak, T. Smoleński, M. Goryca, M. Papaj, K. Gietka, A. Bogucki, M. Koperski, J.-G. Rousset, J. Suffczyński, E. Janik, M. Nawrocki, A. Golnik, P. Kossacki, W. Pacuski,
Designing quantum dots for solotronics
Nature Communications 5, 3191 (2014). [pdf] [BibTeX]
Supplementary Information. [pdf]

12. T. Smoleński, T. Kazimierczuk, J. Kobak, M. Goryca, A. Golnik, P. Kossacki, W. Pacuski,
"Magnetic Ground State of an Individual Fe2+ Ion in Strained Semiconductor Nanostructure"
arXiv:1505.06763 (2015).

11. T. Smoleński, W. Pacuski, M. Goryca, M. Nawrocki, A. Golnik, and P. Kossacki,
"Optical spin orientation of an individual Mn²⁺ ion in a CdSe/ZnSe quantum dot"
Phys. Rev. B 91, 045306 (2015).
Extended version: arXiv:1408.2928 (2014).

10. T. Smoleński,
CdSe/ZnSe quantum dot with a single Mn2+ ion - a new system for a single spin manipulation
J. Appl. Phys. 117, 112805 (2015).
arXiv:1408.1981 (2014).

9. M. Pilat , M. Goryca, T. Smoleński, W. Pacuski, P. Kossacki,
Photoluminescence Dynamics of CdSe Quantum Dot with Single Mn2+ Ion Under Modulated Excitation
Acta Physica Polonica A 126, 1212 (2014). [pdf]

8. R. Rudniewski, J.-G. Rousset, E. Janik, P. Kossacki, A. Golnik, M. Nawrocki, W. Pacuski,
Type I CdSe and CdMgSe Quantum Wells
Acta Physica Polonica A 126, 1167 (2014). [pdf]

7. K. Gietka, J. Kobak, E. Janik, J.G. Rousset, J. Borysiuk, M. Nawrocki, A. Golnik, P. Kossacki, W. Pacuski,
The impact of position of Mn ?-doping on the formation of CdTe/ZnTe quantum dots with single magnetic ions,
Journal of Crystal Growth 401, 640 (2014).

6. M. Papaj, J. Kobak, J.G. Rousset, E. Janik, M. Nawrocki, P. Kossacki, A. Golnik, W. Pacuski,
Photoluminescence studies of giant Zeeman effect in MBE-grown cobalt-based dilute magnetic semiconductors,
Journal of Crystal Growth 401, 644 (2014).

5. T. Kazimierczuk, T. Smoleński, J. Kobak, M. Goryca, W. Pacuski, A. Golnik, K. Fronc, Ł. Kłopotowski, P. Wojnar, and P. Kossacki,
Optical study of electron-electron exchange interaction in CdTe/ZnTe quantum dots,
Phys. Rev. B 87, 195302 (2013).

4. J. Kobak, J.-G. Rousset, R. Rudniewski, E. Janik, T. Słupiński, P. Kossacki, A. Golnik, W. Pacuski,
Ultra low density of CdTe quantum dots grown by MBE,
Journal of Crystal Growth 378, 274 (2013).

3. J. Piwowar, J. Papierska, K. Sawicki, J. Kobak, W. Pacuski, A. Golnik, P. Kossacki, J. Suffczyński,
Optical Properties of CdTe QDs in Proximity to a Surface
Acta Physica Polonica A 124, 795 (2013). [pdf]

2. K. Gietka, J. Kobak, J.-G. Rousset, E. Janik, T. Słupiński, P. Kossacki, A. Golnik and W. Pacuski,
MBE Growth of CdTe/ZnTe Quantum Dots with Single Mn Ions,
Acta Physica Polonica A 122, 1056 (2012).

1. M. Papaj, J. Kobak, J.-G. Rousset, E. Janik, A. Golnik, P. Kossacki and W. Pacuski,
MBE Growth and Magnetooptical Properties of (Zn,Co)Te Layers,
Acta Physica Polonica A 122, 1010 (2012).

Prezentacje na konferencjach:

Pierwsze struktury wytworzone w ramach projektu zostały zaprezentowane na światowej konferencji MBE - The 17th International Conference on Molecular Beam Epitaxy (MBE2012) w Narze, w Japonii:

- "Ultra low density of CdTe quantum dots grown by MBE", J. Kobak, J.-G. Rousset, R. Rudniewski, E. Janik, T. Słupiński, P. Kossacki, A. Golnik, W. Pacuski,

- "MBE growth and characterization of a II-VI distributed Bragg reflector and microcavity lattice-matched to MgTe", J.-G. Rousset, J. Kobak, T. Slupinski, T. Jakubczyk, P. Stawicki, E. Janik, M. Tokarczyk, G. Kowalski, M. Nawrocki, W. Pacuski,

oraz na międzynarodowej konferencji "Jaszowiec" - International School and Conference on the Physics of Semiconductors (2012), w Krynicy:

- "Growth and Characterization of a Lattice Matched Distributed Bragg Reflector Based on Cd, Zn, Mg, Te", J.-G. Rousset, W. Pacuski, E. Janik, J. Kobak, T. Jakubczyk, P. Stawicki, M. Tokarczyk, G. Kowalski, M. Nawrocki.

- "MBE growth and optical characterization of CdTe layers and related structures", R. Rudniewski, K. Gietka, P. Dróżdż, J. Kobak, J. G. Rousset, E. Janik, A. Golnik, W. Pacuski.

- "Three-dimensional magneto-optical anisotropy studies of CdTe quantum dots", J. Kobak, W. Pacuski, T. Kazimierczuk, J. Suffczyński, T. Jakubczyk, J.-G.Rousset, E. Janik, P. Kossacki, C. Kruse, D. Hommel, A. Golnik.

- "Ultra low density of CdTe quantum dots grown by MBE", J. Kobak, W. Pacuski, J.-G.Rousset, E. Janik, P. Kossacki, A. Golnik.

- "Growth and Characterization of III-V Distributed Bragg Reflector and Quantum Dots", J.-G. Rousset, T. Słupinski, T. Jakubczyk, P. Stawicki, K. Gołasa, A. Babinski, M. Nawrocki, W. Pacuski.

- "MBE growth and magnetooptical properties of (Zn,Co)Te layers", M. Papaj, J. Kobak, J.-G. Rousset, E. Janik, A. Golnik, P. Kossacki, W. Pacuski.

- "MBE growth of CdTe/ZnTe quantum dots with single Mn ions", K. Gietka, J. Kobak, J.-G. Rousset, E. Janik, T. Słupiński, P. Kossacki, A. Golnik, W. Pacuski.

Kolejne struktury były prezentowane na konferencjach:
2013:
- International Workshop on the Optical Properties of Nanostructures - OPON 2013, Bayreuth, Niemcy.
- The 17th European Molecular Beam Epitaxy Workshop, Levi, Finlandia, 2013.
- International conference on Physics of Light–Matter Coupling in Nanostructures, Hersonissos, Kreta, Grecja 2013.
- International School and Conference on the Physics of Semiconductors "Jaszowiec", Wisła, 2013.
- 17th International Conference on Crystal Growth and Epitaxy ICCGE, Warszawa, 2013.
- European Materials Research Society Fall Meeting, Warszawa, 2013 (referat zaproszony).
- International Conference on One dimensional Nanomaterials ICON, Annecy, France.
- Energy Materials Nanotechnology (EMN) Fall Meeting, Orlando, 2013 (referat zaproszony)
2014:
- International School and Conference on the Physics of Semiconductors "Jaszowiec", Wisła, 2014 (3 referaty w tym 1 zaproszony).
- ICPS, Austin, USA, 2014 (3 referaty w tym 1 zaproszony)
- SPIEE, San Diego, USA, 2014 (referat zaproszony)
- MBE, Flagstaff, USA, 2014 (2 referaty)