Ultrafast carrier relaxation dynamics of photoexcited GaAs and GaAs/AlGaAs nanowire array

文献情報

出版日 2020-10-22
DOI 10.1039/D0CP04250A
インパクトファクター 3.676
著者

Zhaogang Nie, Bo Wang, Dengkui Wang, Jilong Tang, Xiaohua Wang, Jiahua Zhang, Guichuan Xing, Wenchun Zhang, Zhipeng Wei


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要旨

Femtosecond optical pump–probe spectroscopy is employed to elucidate the ultrafast carrier nonradiative relaxation dynamics of bare GaAs and a core–shell GaAs/AlGaAs semiconductor nanowire array. Different from the single nanowire conventionally used for the study of ultrafast dynamics, a simple spin coating and peeling off method was performed to prepare transparent organic films containing a vertical oriented nanowire array for transient absorption measurement. The transient experiment provides the direct observation of carrier thermalization, carrier cooling, thermal dissipation and band-gap energy evolutions along with the carrier relaxations. Carrier thermalization occurs within sub-0.5 ps and proceeds almost independently on the AlGaAs-coating, while the time constants of carrier cooling and thermal dissipation are increased by an order of magnitude due to the AlGaAs-coating effect. The concomitant band-gap evolutions in GaAs and GaAs/AlGaAs include an initial rapid red-shift in thermalization period, followed by a slow blue and/or red shift in carrier cooling, and then by an even slower blue shift in thermal dissipation. The evolution is explained by the competition of band-gap renormalization, plasma screening and band-filling. These findings are significant for understanding the basic physics of carrier scattering, and also for the development of flexible optoelectronic devices.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
CiteScore: 5.5
自己引用率: 10.3%
年間論文数: 3036

Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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