Quantenoptik in KÜNSTLICHEN MOLEKÜLEN

In Halbleiter-Quantenpunkten, die auch oft als `künstliche Atome` bezeichnet werden, sind Ladungsträger in allen drei Raumrichtungen eingeengt; daraus resultiert eine diskrete, atomartige elektronische Zustandsdichte. Analog zu `natürlichen` Molekülen ermöglicht die Kopplung von Quantenpunkten die Bildung `künstlicher Moleküle`; diese Halbleiter-Nanostrukturen sind vielversprechende Kandidaten für neuartige Bauelemente sowie für grundlagentheoretische Untersuchungen. Hauptziel dieses Projektes wird die theoretische Fragestellung sein, ob es in diesen Strukturen möglich ist, die Ladungsträgerdynamik mit einer Nanometer-Ortsauflösung zu messen: in dem vorgeschlagenen Schema werden Ladungsträger-Komplexe (Multi-Exzitonen) mit Hilfe mehrfarbiger oder ultrakurzer Laserpulse angeregt; Wechselwirkungen mit der Festkörperumgebung führen zu Dephasierung, und bewirken Lokalisierung der Ladungsträger und unter Umständen Dissoziation der Ladungsträgerkomplexe; schließlich erlauben Frequenz-aufgelöste Photon-Korrelationsmessungen eine direkte Bestimmung der Ladungsträgerdynamik mit Nanometer-Ortsauflösung. Abgesehen von den grundlagentheoretischen Aspekten können die Ergebnisse dieses Projektes wichtige Hinweise für die Entwicklung zukünftiger Quantenpunkt- basierender Bauelemente aus den Bereichen von Optoelektronik und Quanteninformations-verarbeitung liefern.

In Halbleiter-Quanternpunkten, die auch oft als "künstliche Atome" bezeichnet werden, sind Ladungsträger in allen drei Raumrichtungen eingeengt: daraus resultiert eine diskrete, atomartige elektronische Zustandsdichte. Analog zu "natürlichen" Molekülen ermöglicht die Kopplung von Quantenpunkten die Bildung "künstlicher Moleküle". Das Ziel dieses Projektes war es, das Zusammenspiel der kohärenten und inkohärenten Ladungsträgerynamik in Quantenpunkten sowie die unterschiedlichen Aspekte der optischer Anregungen in Atomen und künstlichen Atomen, die eine wichtige Rolle bei möglichen Quantenpunkt-basierenden Bauelementen spielen (z.B. Laser), zu untersuchen. Erstens führt die Einbettung von Quantenpunkten in ihrer Festkörperumgebung zu rascherer Relaxation und Dephasierung, sowie zur Bildung neuer Quasiteilchen. Zweitens können aufgrund der Elektron- Loch-artigen optischen Anregungen nicht nur einzelne Anregungen (Exzitonen) erzeugt werden, sondern auch Multiexzitonen, die durch Coulombwechselwirkungen beträchtlich modifiziert werden können. Drittens erlauben es ausgefeilte Wachstumsmethoden künstliche Atome zu koppeln oder mit anderen Halbleiterkomponenten zu kombinieren. Alle diese Eigenschaften verleihen eine große Flexibilität, optische Anregungen zu designen und zu kontrollieren, und machen diese Halbleiter-Nanostrukturen zu vielversprechende Kandidaten für neuartige Bauelemente (z.B. Ein-Photon-Quellen) sowie für grundlagentheoretische Untersuchungen zur Quantenkohärenz in Festkörpern.