Die optische Kontrolle von Halbleiter Quantenpunkten spielt eine wichtige Rolle, um diese als Quellen für Photonen und damit in Quanteninformationstechnologie zu nutzen. Anders als Atome, die eher isoliert von ihrer Umgebung sind, sind Quantenpunkte Festkörperobjekte und wechselwirken mit den Gitterschwingung des Kristalls (den Phononen). In dem Übersichtsartikel beschreiben wir die neusten Entwicklungen der theoretischen Beschreibung und den experimentellen Messungen über den Einfluss der Elektron-Phonon-Wechselwirkung auf die Zustandskontrolle eines Quantenpunkts.

Wenn eine Halbleiter-Nanostruktur mit Licht angeregt wird, können Exzitonen (Elektron-Loch-Paare) erzeugt werden. Die raumzeitliche Dynamik der Exzitonen wird stark von der Coulomb-Wechselwirkung beeinflusst. Wird die Stärke der Anregung verändert, wirkt sich dies direkt auf die Dynamik der Exzitonen aus. Als Beispiel haben wir Exzitonen in einem Quantendraht betrachtet. Dabei haben wir einen Wellenfunktionsansatz entwickelt und haben die Dynamik von einem Wellenpaket im Quantendraht unter verschiedenen Anregungsbedingungen untersucht.

Elektronen, die sich in einem zwei-dimensionalen (2D) Halbleiter bewegen und auf eine Barriere stoßen, werden an dieser gestreut und ein Interferenzmuster entsteht. Um dieses Interferenzmuster zu messen, schlagen wir vor, den Einfang der Elektronen in ein lokalisiertes Potential zu nutzen. In einem solchen Prozess kann man die raumzeitliche Dynamik der Elektronen auflösen, da der Einfang in das Potential nur lokal stattfindet. Unsere Detektionsmethode kann eingesetzt werden, um die Elektrondynamik auf ultrakurzen Zeit- und Längenskalen zu messen.

Licht kann neben der Polarisation auch einen Drehimpuls besitzen. Solches Licht hat dann eine helikale Wellenfront ähnlich wie bei einem Wirbel. Die theoretische Beschreibung dieser elektro-magnetischen Wellen kann aus den entsprechenden Potentialen hergeleitet werden. Dabei kann die Eichfreiheit genutzt werden, um verschiedene Strahlprofile zu beschreiben. Daher stellt sich die Frage, ob die verschiedenen Strahlprofile über eine Eichtransformation verknüpft sind. Wir diskutieren, dass dies nicht der Fall ist, und führen eine Klasse von optischen Vortizes ein, die die bekannten Strahlprofile wie Besselstrahlen oder Laguerre-Gauss-Strahlen verknüpft. Wir schlagen des Weiteren ein Experiment zur Messung der verschiedenen Strahlen vor.

Die Arbeit ist in Kollaboration mit Guillermo Quinteiro und Christian Schmiegelow aus Argentinien entstanden.

Herzlichen Glückwunsch an Dr. Richard Kerber zu seiner Promotion. Richard hat seine Arbeit „Numerical Study of the Interaction between Orbital Angular Momentum and Plasmonic Nanostructures“ Ende 2018 eingereicht, im Januar 2019 erfolgreich verteidigt und bekommt am 1. Februar in der Feierlichen Promotion seinen Doktortitel verliehen. In seiner Promotionszeit hat Richard drei Arbeiten in hochrangigen Journalen veröffentlicht, in London geforscht, Übungsgruppen gehalten, das Doktorandenseminar organisiert und noch viel mehr. Wir wünschen Richard alles Gute für seine Zukunft!