单光子极限下的辐射俄歇过程

在多电子原子中，一个受激电子可通过发射光子而衰变。通常，其余电子处于基态。在辐射俄歇过程中，其余电子处于激发态并产生一个红移的光子。在半导体量子点中，带电激子预言存在辐射俄歇。本文报道了单量子点中三重态（trion）辐射俄歇的观测。对于三重态，电子-空穴复合产生一个光子，留下一个单一电子。辐射俄歇过程将该额外的（俄歇）电子激发到量子点的更高壳层。我们表明辐射俄歇效应是对该单电子的有力探测：共振荧光与辐射俄歇发射之间的能量差直接以高精度测量量子点中电子态的单粒子分裂。在半导体中，这些单粒子分裂原本难以通过光学手段获取，因为粒子通常以成对形式作为激子被激发。辐射俄歇发射后，俄歇载流子弛豫回最低壳层。超越最初理论提案，我们展示了如何将量子光学技术应用于辐射俄歇光子以获取单电子动力学，特别是弛豫与隧穿。这也难以通过光学手段获取：即便对于准共振 $p$ 壳层激发，电子弛豫也在空穴存在下发生，使弛豫动力学复杂化。辐射俄歇效应可被利用到其他半导体纳米结构与固态量子发射体中，以确定单载流子的能级与动力学。