Kurzzeitspektroskopie an einzelnen selbstorganisierten Halbleiterquantenpunkten:
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München
Verl. Dr. Hut
2010
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INHALTSVERZEICHNIS
EINLEITUNG 1
1 EINFUEHRUNG UND GRUNDLAGEN 5
1.1 NIEDRIGDIMENSIONALE HALBLEITERSTRUKTUREN 5
1.1.1 DAS MATERIALSYSTEM GALLIUM/INDIUM-ARSENID . .. 5 1.1.2 UEBER DEN
QUANTENGRABEN UND -DRAHT ZUM QUAN- TENPUNKT 7
1.1.3 QUANTENPUNKTE ALS KUENSTLICHE ATOME 8
1.2 QUANTENPUNKTE 9
1.2.1 HERSTELLUNG: UEBERSICHT UEBER QUANTENPUNKTTYPEN . 9 1.2.2
HERSTELLUNG DURCH SELBSTORGANISIERTES WACHSTUM . . 11 1.2.3 EINFACHES
MODELL EINES SELBSTORGANISIERTEN QUAN- TENPUNKTS 11
1.2.4 AUSWAHLREGELN FUER INTERBANDUEBERGAENGE 13
1.2.5 COULOMBENERGIE DES EXZITONS 14
1.2.6 BIEXZITONEN UND MULTIEXZITONISCHE KOMPLEXE . .. 14 1.2.7
QUANTENPUNKTE IM ELEKTRISCHEN FELD 15
1.3 QUANTENPUNKTMOLEKUELE 15
1.3.1 SELBSTORGANISIERTE HERSTELLUNG 15
1.3.2 OPTISCHE UND ELEKTRONISCHE EIGENSCHAFTEN 16 1.4 ZWEI-NIVEAU-SYSTEM
IN EINEM LICHTFELD 17
1.4.1 DIPOLWECHSELWIRKUNG 18
1.4.2 ZEITENTWICKLUNG DES ZUSTANDS 18
1.4.3 OPTISCHE BLOCHGLEICHUNGEN 19
1.4.4 RABIOSZILLATION 21
2 EXPERIMENTELLE METHODEN 23
2.1 ISOLATION EINZELNER QUANTENPUNKTE 23
2.1.1 WACHSTUM 23
2.1.2 NAHFELDSCHATTENMASKEN 24
2.2 RAUSCHEN UND MESSBARKEIT VON SIGNALEN 25
2.3 LOCK-IN-DETEKTION 26
BIBLIOGRAFISCHE INFORMATIONEN HTTP://D-NB.INFO/1009330306
DIGITALISIERT DURCH
IMAGE 2
INHALTSVERZEICHNIS
2.4 ERZEUGUNG VON ULTRAKURZEN LICHTIMPULSEN 27
2.4.1 DER PASSIV MODENGEKOPPELTE TI:SAPHIR-LASER . .. 27 2.4.2
LASERSYSTEM FUER LANGWELLIGE BREITBANDIGE FEMTOSE- KUNDEN-IMPULSE 29
2.4.3 ZWEI-FARBEN-FEMTOSEKUNDEN-LASERSYSTEM 29 2.4.4 ERZEUGUNG
ABSTIMMBARER PS-IMPULSE 30
2.4.5 INTERFEROMETER ZUR ERZEUGUNG PHASENSTARRER IM- PULSPAARE 32
2.5 MIKROSKOP-KRYOSTAT UND OPTISCHER ZUGANG 33
2.6 MIKROPHOTOLUMINESZENZ 33
2.7 PHOTOSTROM-SPEKTROSKOPIE 35
2.7.1 EINBETTUNG DER QUANTENPUNKTE IN EINE DIODEN- STRUKTUR 36
2.7.2 MESSUNG DER QUANTENPUNKTABSORPTION DURCH DEN INDUZIERTEN
PHOTOSTROM 38
2.7.3 ANWENDUNGSBEREICHE 39
2.8 ZEITAUFGELOESTE ANREGE-ABFRAGE-SPEKTROSKOPIE 39 2.8.1 GRUNDPRINZIP
DER ANREGE-ABFRAGE-SPEKTROSKOPIE . 40 2.8.2 ZEITAUFGELOESTE
TRANSMISSIONSSPEKTROSKOPIE AN EIN- ZELQUANTENPUNKTEN 40
2.8.3 ZEITAUFGELOESTE SPEKTROSKOPIE MIT PHOTOSTROMDE- TEKTION 43
ERGEBNISSE AUS DER OPTISCHEN ANREGE-ABFRAGE-SPEKTROSKOPIE 47 3.1
KONFIGURATION DES EXPERIMENTS 47
3.2 LUMINESZENZSPEKTREN DES QUANTENPUNKTS 49
3.3 TRANSMISSIONSAENDERUNG DES QUANTENPUNKTS 51
3.4 ABHAENGIGKEIT VON DEN IMPULSENERGIEN 55
3.5 ZEITAUFGELOESTE BEOBACHTUNG DER BESETZUNG DER P-SCHALE . 57 3.6
AUSBLICK UND VERBESSERUNGSANSAETZE 58
3.7 ZUSAMMENFASSUNG 59
ERGEBNISSE AUS DER ZEITAUFGELOESTEN PHOTOSTROMSPEKTROSKOPIE 61 4.1
LINEARE ABSORPTION DES LEEREN QUANTENPUNKTS 61
4.2 DAUERSTRICHANREGUNG DES EXZITONS 64
4.3 NICHTLINEARE EFFEKTE BEI EINZELIMPULSANREGUNG 67
4.3.1 SPEKTREN BEI HOEHEREN ANREGUNGSIMPULSENERGIEN . . 67 4.3.2
EXZITON-RABI-OSZILLATION 68
4.3.3 GENERATION EINES BIEXZITONS MITTELS ZWEI-PHOTO- NEN-ABSORPTION 72
4.4 ANREGUNGSSPEKTRUM DES BESETZEN QUANTENPUNKTS 73
VI
IMAGE 3
INHALTSVERZEICHNIS
4.5 ZEITAUFGELOESTE UNTERSUCHUNG DER LADUNGSTRAEGERDYNAMIK . 76 4.5.1
LADUNGSTRAEGERTUNNELN AUS DEM QUANTENPUNKT . . 76 4.5.2
BESETZUNGSINVERSION UND VERSTAERKUNG 82
4.5.3 LADUNGSTRAEGERRELAXATION IM QUANTENPUNKT . . .. 83 4.6
ZWEI-IMPULS-INTERFERENZ 87
4.7 RABI-OSZILLATION ZWISCHEN EXZITON UND BIEXZITON 92 4.8
ZUSAMMENFASSUNG 94
5 DEPHASIERUNG IN EINEM QUANTENPUNKTMOLEKUEL 97
5.1 EINORDNUNG DES EXPERIMENTS UND ABGRENZUNG VON ENSEM- BLEMESSUNGEN 97
5.2 STRUKTUR DER PROBE 98
5.3 PHOTOSTROMSPEKTROSKOPIE AN QUANTENPUNKTMOLEKUELEN . . 98 5.4
LUMINESZENZ- UND PHOTOSTROMSPEKTREN 99
5.5 SPANNUNGSABHAENGIGKEIT DER LINIENBREITEN 105
5.6 URSACHEN DER LINIENVERBREITERUNG 106
5.6.1 FLUKTUATIONEN DES ELEKTRISCHEN FELDS 106
5.6.2 ENERGIERELAXATION VOM ANTIBINDENDEN IN DEN BIN- DENDEN ZUSTAND 109
5.6.3 DEKOHAERENZ DURCH PHONONSTREUUNG 109
5.7 ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK 112
ZUSAMMENFASSUNG 113
LITERATURVERZEICHNIS 117
DANKSAGUNG 133
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