Étude critique de la densité électronique et des températures (excitation et ionisation) d'un plasma d'aluminium induit par laser

La caractérisation de matériaux par spectroscopie optique d’émission d’un plasma induit par laser (LIPS) suscite un intérêt qui ne va que s’amplifiant, et dont les applications se multiplient. L’objectif de ce mémoire est de vérifier l’influence du choix des raies spectrales sur certaines mesures du plasma, soit la densité électronique et la température d’excitation des atomes neutres et ionisés une fois, ainsi que la température d’ionisation. Nos mesures sont intégrées spatialement et résolues temporellement, ce qui est typique des conditions opératoires du LIPS, et nous avons utilisé pour nos travaux des cibles binaires d’aluminium contenant des éléments à l’état de trace (Al-Fe et Al-Mg). Premièrement, nous avons mesuré la densité électronique à l’aide de l’élargissement Stark de raies de plusieurs espèces (Al II, Fe II, Mg II, Fe I, Mg I, Halpha). Nous avons observé que les densités absolues avaient un comportement temporel différent en fonction de l’espèce. Les raies ioniques donnent des densités électroniques systématiquement plus élevées (jusqu’à 50 % à 200 ns après l’allumage du plasma), et décroissent plus rapidement que les densités issues des raies neutres. Par ailleurs, les densités obtenues par les éléments traces Fe et Mg sont moindres que les densités obtenues par l’observation de la raie communément utilisée Al II à 281,618 nm. Nous avons parallèlement étudié la densité électronique déterminée à l’aide de la raie de l’hydrogène Halpha, et la densité électronique ainsi obtenue a un comportement temporel similaire à celle obtenue par la raie Al II à 281,618 nm. Les deux espèces partagent probablement la même distribution spatiale à l’intérieur du plasma. Finalement, nous avons mesuré la température d’excitation du fer (neutre et ionisé, à l’état de trace dans nos cibles), ainsi que la température d’ionisation, à l’aide de diagrammes de Boltzmann et de Saha-Boltzmann, respectivement. À l’instar de travaux antérieurs (Barthélémy et al., 2005), il nous est apparu que les différentes températures convergeaient vers une température unique (considérant nos incertitudes) après 2-3 microsecondes. Les différentes températures mesurées de 0 à 2 microsecondes ne se recoupent pas, ce qui pourrait s’expliquer soit par un écart à l’équilibre thermodynamique local, soit en considérant un plasma inhomogène où la distribution des éléments dans la plume n’est pas similaire d’un élément à l’autre, les espèces énergétiques se retrouvant au cœur du plasma, plus chaud, alors que les espèces de moindre énergie se retrouvant principalement en périphérie.

Analyse spectroscopique d'étoiles naines blanches riches en hydrogène(DA) : vers des modèles d'atmosphère améliorés sans paramètres libres

Le but de cette thèse est de raffiner et de mieux comprendre l'utilisation de la méthode spectroscopique, qui compare des spectres visibles de naines blanches à atmosphère riche en hydrogène (DA) à des spectres synthétiques pour en déterminer les paramètres atmosphériques (température effective et gravité de surface). Notre approche repose principalement sur le développement de modèles de spectres améliorés, qui proviennent eux-mêmes de modèles d'atmosphère de naines blanches de type DA. Nous présentons une nouvelle grille de spectres synthétiques de DA avec la première implémentation cohérente de la théorie du gaz non-idéal de Hummer & Mihalas et de la théorie unifiée de l'élargissement Stark de Vidal, Cooper & Smith. Cela permet un traitement adéquat du chevauchement des raies de la série de Balmer, sans la nécessité d'un paramètre libre. Nous montrons que ces spectres améliorés prédisent des gravités de surface qui sont plus stables en fonction de la température effective. Nous étudions ensuite le problème de longue date des gravités élevées pour les DA froides. L'hypothèse de Bergeron et al., selon laquelle les atmosphères sont contaminées par de l'hélium, est confrontée aux observations. À l'aide de spectres haute résolution récoltés au télescope Keck à Hawaii, nous trouvons des limites supérieures sur la quantité d'hélium dans les atmosphères de près de 10 fois moindres que celles requises par le scénario de Bergeron et al. La grille de spectres conçue dans ces travaux est ensuite appliquée à une nouvelle analyse spectroscopique de l'échantillon de DA du SDSS. Notre approche minutieuse permet de définir un échantillon plus propre et d'identifier un nombre important de naines blanches binaires. Nous déterminons qu'une coupure à un rapport signal-sur-bruit S/N > 15 optimise la grandeur et la qualité de l'échantillon pour calculer la masse moyenne, pour laquelle nous trouvons une valeur de 0.613 masse solaire. Finalement, huit nouveaux modèles 3D de naines blanches utilisant un traitement d'hydrodynamique radiative de la convection sont présentés. Nous avons également calculé des modèles avec la même physique, mais avec une traitement standard 1D de la convection avec la théorie de la longueur de mélange. Un analyse différentielle entre ces deux séries de modèles montre que les modèles 3D prédisent des gravités considérablement plus basses. Nous concluons que le problème des gravités élevées dans les naines blanches DA froides est fort probablement causé par une faiblesse dans la théorie de la longueur de mélange.

Abnormal phenomenon of ac Stark splitting in magneto-optical traps

We experimentally study the ac Stark splitting in D2 line of cold Rb-87 atoms. The frequency span between the Autler-Townes doublets is obviously larger than that derived from theoretical calculation. Two physical effects, which increase the effective Rabi frequency, contribute to the splitting broadening. First, atoms tend to distribute in strong lield places of a inhomogeneous red-detuned light field. Second, atoms reabsorb scattered light when they are huge in number and high in density.

GaAs/GaAlAs短周期超晶格中的Wannier-Stark效应

Submitted by zhangdi (zhangdi@red.semi.ac.cn) on 2009-04-13T11:45:31Z

Quantum-confined Stark effects in a single GaN quantum dot

Using analytical expressions for the polarization field in GaN quantum dot, and an approximation by separating the potential into a radial and an axial, we investigate theoretically the quantum-confined Stark effects. The electron and hole energy levels and optical transition energies are calculated in the presence of an electric field in different directions. The results show that the electron and hole energy levels and the optical transition energies can cause redshifts for the lateral electric field and blueshifts for the vertical field. The rotational direction of electric field can also change the energy shift.

Quantum-confined Stark effect and built-in dipole moment in self-assembled InAs/GaAs quantum dots

Quantum-confined Stark effect and built-in dipole moment in self-assembled InAs/GaAs quantum dots (QDs), which are grown at relative low temperature (460degreesC) and embedded in GaAs p-i-n structure, have been studied by dc-biased electroreflectance. Franz-Keldysh oscillations from the undoped GaAs layer are used to determine the electric field under various bias voltages. Stark shift of -34 meV for the ground-state interband transition of the QDs is observed when the electric field increases from 105 to 308 kV/cm. The separation of the electron and hole states in the growth direction of 0.4 nm, corresponding to the built-in dipole moment of 6.4x10(-29) C m, is determined. It is found that the electron state lies above that of the hole, which is the same as that predicted by theoretical calculations for ideal pyramidal InAs QDs. (C) 2004 American Institute of Physics.

Asymmetric quantum-confined Stark effects of hierarchical self-assembly of GaAs/AlxGa1-xAs quantum dots

Quantum-confined Stark effects in GaAs/AlxGa1-xAs self-assembled quantum dots are investigated theoretically in the framework of effective-mass envelope function theory. The electron and hole energy levels and optical transition energies are calculated in the presence of an electric field in different directions. In our calculation, the effect of finite offset, valence-band mixing, the effects due to the different effective masses of electrons and holes in different regions, and the real quantum dot structures are all taken into account. The results show that the electron and hole energy levels and the optical transition energies can cause blueshifts when the electric field is applied along the opposite to the growth direction. Our calculated results are useful for the application of hierarchical self-assembly of GaAs/AlxGa1-xAs quantum dots to photoelectric devices. (c) 2005 American Institute of Physics.

Anisotropic Zeeman splitting and Stark shift of In1-yMnyAs1-xNx oblate quantum dots

The electronic structure, Zeeman splitting, and Stark shift of In1-yMnyAs1-xNx oblate quantum dots are studied using the ten-band k center dot p model including the sp-d exchange interaction between the carriers and the magnetic ion. The Zeeman splitting of the electron ground states is almost isotropic. The Zeeman splitting of the hole ground states is highly anisotropic, with an anisotropy factor of 918 at B=0.1 T. The Zeeman splittings of some of the electron and hole excited states are also highly anisotropic. It is because of the spin-orbit coupling which couples the spin states with the anisotropic space-wave functions due to the anisotropic shape. It is found that when the magnetic quantum number of total orbital angular momentum is nearly zero, the spin states couple with the space-wave functions very little, and the Zeeman splitting is isotropic. Conversely, if the magnetic quantum number of total orbital angular momentum is not zero, the space-wave functions in the degenerate states are different, and the Zeeman splitting is highly anisotropic. The electron and hole Stark shifts of oblate quantum dots are also highly anisotropic. The decrease of band gap with increasing nitrogen composition is much more obvious in the smaller radius case because the lowest conduction level is increased by the quantum confinement effect and is closer to the nitrogen level. (C) 2007 American Institute of Physics.

Violet electroluminescence of AlInGaN-InGaN multiquantum-well light-emitting diodes: Quantum-confined stark effect and heating effect

Electroluminescence (EL) from AlInGaN-InGaN multiquantum-well violet light-emitting diodes is investigated as a function of forward bias. Two distinct regimes have been identified: 1) quantum-confined Stark effect at low and moderately high forward biases; 2) heating effect at high biases. In the different regimes, the low-temperature EL spectra exhibit different spectral features which are discussed in detail.

Binding energy of a hydrogenic donor impurity in a rectangular parallelepiped-shaped quantum dot: Quantum confinement and Stark effects

We calculate the binding energy of a hydrogenic donor impurity in a rectangular parallelepiped-shaped quantum dot (QD) in the framework of effective-mass envelope-function theory using the plane wave basis. The variation of the binding energy with edge length, position of the impurity, and external electric field is studied in detail. A finite potential model is adopted in our calculations. Compared with the infinite potential model [C. I. Mendoza , Phys. Rev. B 71, 075330 (2005)], the following results are found: (1) if the impurity is located in the interior of the QD, our results give a smaller binding energy than the infinite potential model; (2) the binding energies are more sensitively dependent on the applied electric field in the finite potential model; (3) the infinite potential model cannot give correct results for a small QD edge length for any location of the impurity in the QD; (4) some degeneracy is lifted when the dot is no longer cubic. (C) 2007 American Institute of Physics.

Stark and rashba effects in GaN nanowires

The effects of an external electric field on the electronic structure of GaN nanowires, as well as GaAs nanowires for comparison, are investigated theoretically. It is found that there is an anti-crossing effect in GaN nanowires caused by a small electric field, the hole energy levels, hole wave functions, and optical oscillator strengths change dramatically when the radius (R) is around a critical radius (R-c), while this effect is absent in GaAs nanowires. When R is slightly smaller than R-c, the highest hole states are optically dark in the absence of the electric field, and a small electric field can change them to be optically bright, due to the coupling of hole states brought by the field. The Rashba spin-orbit effect is also studied. The electron Rashba coefficient alpha increases linearly with the electric field. While the hole Rashba coefficients beta do not increase linearly, but have complicated relationships with the electric field.

Electric field tunable electron g factor and high asymmetrical Stark effect in InAs1-xNx quantum dots

The electronic structure, electron g factor, and Stark effect of InAs1-xNx quantum dots are studied by using the ten-band k center dot p model. It is found that the g factor can be tuned to be zero by the shape and size of quantum dots, nitrogen (N) doping, and the electric field. The N doping has two effects on the g factor: the direct effect increases the g factor and the indirect effect decreases it. The Stark effect in quantum ellipsoids is high asymmetrical and the asymmetry factor may be 319. (c) 2007 American Institute of Physics.