Forschungsbericht 1995-96
	Institut für Theoretische Physik II - Festkörperphysik - Wilhelm-Klemm-Straße 10 48149 Münster Tel. (02 51) 83 - 3 35 88 / - 3 35 81 Direktoren: Prof. Dres. T. Kuhn, J. Pollman

Forschungsschwerpunkte 1995 - 1996 Fachbereich 16 - Physik Institut für Theoretische Physik II - Festkörperphysik - Lehrstuhl Prof. Dr. T. Kuhn gemeinsam mit Prof. Dr. C. Falter

Kohärente Dynamik in optisch angeregten Volumenhalbleitern

Die optische Erzeugung von Ladungsträgern in einem Halbleiter wird traditionell mit Hilfe von Generationsraten beschrieben. Diese sogenannte semiklassische Beschreibung ist auf den heute experimentell zugänglichen Zeitskalen im Bereich von Piko- und Femtosekunden (10^-12 - 10^-15 s) nicht mehr gültig. Hier muß die quantenmechanische Natur der Elektronen berücksichtigt werden. Die Kohärenz, d.h. die Phasenbeziehungen zwischen den erzeugten Ladungsträgern und dem Lichtfeld sowie der Ladungsträger untereinander, spielt hierbei eine bedeutende Rolle. Dies wird besonders deutlich in Vierwellen-Mischexperimenten, die nur aufgrund dieser Phasenbeziehungen möglich sind. Aber auch Experimente, die die Lumineszenz oder transiente Absorption messen, werden auf kurzen Zeitskalen stark modifiziert. In Zusammenarbeit mit experimentellen Gruppen an der TU München und am Max-Born-Institut (MBI) Berlin konnten wichtige Aspekte der Kohärenz bei den verschiedenen Typen von Experimenten geklärt werden. So ergab sich eine Dichteabhängigkeit der Linienform der Generation, die im Rahmen eines mikroskopischen Modells für Elektron-Elektron- und Elektron-Phonon-Streuung beschrieben werden konnte. Der in frequenzaufgelösten Pump-Probe-Experimenten mit 20 fs Lichtpulsen gefundene oszillierende Anteil konnte eindeutig als Quantenschwebung zwischen den Bändern der schweren und leichten Löcher identifiziert werden. Solche Quantenschwebungen wurden hier zum ersten Mal im Bereich des Band-Band-Kontinuums von Übergängen gefunden. Darüber hinaus wurde die Beschreibung auf räumlich inhomogene Medien erweitert und damit die raumzeitliche Dynamik von Breitstreifen-Halbleiterlasern analysiert.

Beteiligte Wissenschaftler:

Prof. Dr. T. Kuhn in Zusammenarbeit mit Dr. E. Binder (Uni Stuttgart), Prof. Dr. T. Elsässer (MBI/HU Berlin), Dipl.-Phys. S. Haas (Uni Marburg), Dr. O. Hess (DLR Stuttgart), Dipl.-Phys. M. Joschko (MBI Berlin), Dr. A. Leitenstorfer (TU München), Dr. F. Rossi (Uni Marburg/Uni Modena, Italien), Dr. M. Wörner (MBI Berlin)

Veröffentlichungen:

Leitenstorfer, A., T. Elsaesser, F. Rossi, T. Kuhn, W. Klein, G. Boehm, G. Traenkle, G. Weimann: Coherent optical generation of non-equilibrium electrons studied via band-to- acceptor luminescence in GaAs, Phys. Rev. B 53, 9876 (1996)

Haas, S., F. Rossi, T. Kuhn: Generalized Monte Carlo approach for the study of the coherent ultrafast dynamics in photoexcited semiconductors, Phys. Rev. B 53, 12855 (1996)

H ess, O., T. Kuhn: Maxwell-Bloch equations for spatially inhomogeneous semiconductor lasers. I. Theoretical formulation, Phys. Rev. A 54, 3347 (1996). II. Spatiotemporal dynamics, Phys. Rev. A 54, 3360 (1996)

Joschko, M., M. Woerner, T. Elsaesser, E. Binder, T. Kuhn, R. Hey, H. Kostial, K. Ploog: Heavy-light hole quantum beats in the band-to-band continuum of GaAs observed in 20 fs pump-probe experiments, Phys. Rev. Lett. 78, 737 (1997)