We studied InAs quantum dots (QDs) where electron Cooper pairs penetrate from an adjacent niobium (Nb) superconductor with the proximity effect. With time-resolved luminescence measurements at the wavelength around 1550 nm, we observed luminescence enhancement and reduction of luminescence decay time constants at temperature below the superconducting critical temperature (TC) of Nb. On the basis of these measurements, we propose a method to determine the contribution of Cooper-pair recombination in InAs QDs. We show that the luminescence enhancement measured below TC is well explained with our theory including Cooper-pair recombination.

1.
P. G.
Kwiat
,
K.
Mattle
,
H.
Weinfurter
, and
A.
Zeilinger
,
Phys. Rev. Lett.
75
,
4337
(
1995
).
2.
C. K.
Hong
,
Z. Y.
Ou
, and
L.
Mandel
,
Phys. Rev. Lett.
59
,
2044
(
1987
).
3.
R.
Jin
,
R.
Shimizu
,
I.
Morohashi
,
K.
Wakui
,
M.
Takeoka
,
S.
Izumi
,
T.
Sakamoto
,
M.
Fujiwara
,
T.
Yamashita
,
S.
Miki
,
H.
Terai
,
Z.
Wang
, and
M.
Sasaki
,
Sci. Rep.
4
,
7468
(
2014
).
4.
D.
Fattal
,
K.
Inoue
,
J.
Vuckovic
,
C.
Santori
,
G. S.
Solomon
, and
Y.
Yamamoto
,
Phys. Rev. Lett.
92
,
037903
(
2004
).
5.
T.
Kuroda
,
T.
Mano
,
N.
Ha
,
H.
Nakajima
,
H.
Kumano
,
B.
Urbaszek
,
M.
Jo
,
M.
Abbarchi
,
Y.
Sakuma
,
K.
Sakoda
,
I.
Suemune
,
X.
Marie
, and
T.
Amand
,
Phys. Rev. B
88
,
041306
(
2013
).
6.
C. L.
Salter
,
R. M.
Stevenson
,
I.
Farrer
,
C. A.
Nicoll
,
D. A.
Ritchie
, and
A. J.
Shields
,
Nature
465
,
594
(
2010
).
7.
A. J.
Hudson
,
R. M.
Stevenson
,
A. J.
Bennett
,
R. J.
Young
,
C. A.
Nicoll
,
P.
Atkinson
,
K.
Cooper
,
D. A.
Ritchie
, and
A. J.
Shields
,
Phys. Rev. Lett.
99
,
266802
(
2007
).
8.
I.
Suemune
,
T.
Akazaki
,
K.
Tanaka
,
M.
Jo
,
K.
Uesugi
,
M.
Endo
,
H.
Kumano
,
E.
Hanamura
,
H.
Takayanagi
,
M.
Yamanishi
, and
H.
Kan
,
Jpn. J. Appl. Phys., Part 1
45
,
9264
(
2006
).
9.
P.
Recher
,
E. V.
Sukhorukov
, and
D.
Loss
,
Phys. Rev. B
63
,
165314
(
2001
).
10.
P. G.
de Gennes
,
Superconductivity of Metals and Alloys
(
Boulder: Westview Press
,
1999
).
11.
Y.
Hayashi
,
K.
Tanaka
,
T.
Akazaki
,
M.
Jo
,
H.
Kumano
, and
I.
Suemune
,
Appl. Phys. Express
1
,
011701
(
2008
).
12.
Y.
Asano
,
I.
Suemune
,
H.
Takayanagi
, and
E.
Hanamura
,
Phys. Rev. Lett.
103
,
187001
(
2009
).
13.
I.
Suemune
,
Y.
Hayashi
,
S.
Kuramitsu
,
K.
Tanaka
,
T.
Akazaki
,
H.
Sasakura
,
R.
Inoue
,
H.
Takayanagi
,
Y.
Asano
,
E.
Hanamura
,
S.
Odashima
, and
H.
Kumano
,
Appl. Phys. Express
3
,
054001
(
2010
).
14.
H.
Sasakura
,
S.
Kuramitsu
,
Y.
Hayashi
,
K.
Tanaka
,
T.
Akazaki
,
E.
Hanamura
,
R.
Inoue
,
H.
Takayanagi
,
Y.
Asano
,
C.
Hermannstaedter
,
H.
Kumano
, and
I.
Suemune
,
Phys. Rev. Lett.
107
,
157403
(
2011
).
15.
I.
Suemune
,
H.
Sasakura
,
Y.
Asano
,
H.
Kumano
,
R.
Inoue
,
K.
Tanaka
,
T.
Akazaki
, and
H.
Takayanagi
,
IEICE Electron. Express
9
,
1184
(
2012
).
16.
K.
Akahane
and
N.
Yamamoto
,
J. Cryst. Growth
378
,
450
(
2013
).
17.
H.
Kumano
,
H.
Nakajima
,
H.
Iijima
,
S.
Odashima
,
Y.
Matsuo
,
K.
Ijiro
, and
I.
Suemune
,
Appl. Phys. Express
6
,
062801
(
2013
).
18.
W.
Chang
,
S. M.
Albrecht
,
T. S.
Jespersen
,
F.
Kuemmeth
,
P.
Krogstrup
,
J.
Nygård
, and
C. M.
Marcus
,
Nat. Nanotechnol.
10
,
232
(
2015
).
19.
T.
Akazaki
,
T.
Kawakami
, and
J.
Nitta
,
J. Appl. Phys.
66
,
6121
(
1989
).
20.
K.
Kajiyama
,
Y.
Mizushima
, and
S.
Sakata
,
Appl. Phys. Lett.
23
,
458
(
1973
).
21.
S. M.
Sze
,
Physics of Semiconductor Devices
, 2nd ed. (
Wiley
,
New York
,
1981
).
22.
I.
Vurgaftman
,
J. R.
Meyer
, and
L. R.
Ram-Mohan
,
J. Appl. Phys.
89
,
5815
(
2001
).
23.
N. A.
Jahan
,
C.
Hermannstaedter
,
J.-H.
Huh
,
H.
Sasakura
,
T. J.
Rotter
,
P.
Ahirwar
,
G.
Balakrishnan
,
K.
Akahane
,
M.
Sasaki
,
H.
Kumano
, and
I.
Suemune
,
J. Appl. Phys.
113
,
033506
(
2013
).
24.
M.
Tinkham
,
Introduction to Superconductivity
, 2nd ed. (
Dover
,
New York
,
2004
).
25.
J.
Unterhinninghofen
,
D.
Manske
, and
A.
Knorr
,
Phys. Rev. B
77
,
180509(R)
(
2008
).
26.
V.
Novotny
and
P. P. M.
Meincke
,
J. Low Temp. Phys.
18
,
147
(
1975
).
27.
S. S.
Mou
,
H.
Irie
,
Y.
Asano
,
K.
Akahane
,
H.
Kurosawa
,
H.
Nakajima
,
H.
Kumano
,
M.
Sasaki
, and
I.
Suemune
,
IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron.
21
,
7900111
(
2015
).
28.
S. S.
Mou
,
H.
Irie
,
Y.
Asano
,
K.
Akahane
,
H.
Nakajima
,
H.
Kumano
,
M.
Sasaki
,
A.
Murayama
, and
I.
Suemune
,
Phys. Rev. B
92
,
035308
(
2015
).
29.
C.
Hermannstaedter
,
N. A.
Jahan
,
J.-H.
Huh
,
H.
Sasakura
,
K.
Akahane
,
M.
Sasaki
, and
I.
Suemune
,
New J. Phys.
14
,
023037
(
2012
).
30.
I.
Suemune
,
H.
Sasakura
,
Y.
Hayashi
,
K.
Tanaka
,
T.
Akazaki
,
Y.
Asano
,
R.
Inoue
,
H.
Takayanagi
,
E.
Hanamura
,
J.-H.
Huh
,
C.
Hermannstaedter
,
S.
Odashima
, and
H.
Kumano
,
Jpn. J. Appl. Phys., Part 1
51
,
010114
(
2012
).
You do not currently have access to this content.