Fachbereich 11 - Physik
Institut für Festkörpertheorie
Lehrstuhl Prof. Dr. T. Kuhn gemeinsam mit Prof. Dr. C. Falter und PD Dr. V.M. Axt

Elektron-Phonon-Dynamik und nichtlinear optische Eigenschaften von Quantenpunktstrukturen

Quantenpunktstrukturen sind durch ein diskretes Energiespektrum für Elektronen und Löcher charakterisiert. Sie unterscheiden sich dadurch grundlegend von höherdimensionalen Halbleiterstrukturen und werden deshalb auch manchmal "künstliche Atome" genannt. Von realen Atomen unterscheiden sie sich zum einen darin, dass die spektralen Eigenschaften in weiten Grenzen über die Quantenpunktgröße, Geometrie und Materialzusammensetzung einstellbar sind, zum anderen aber auch darin, dass sie wesentlich stärker als Atome an die Umgebung, und hier insbesondere an die Phononen des Kristallgitters ankoppeln. Eine optische Anregung des elektronischen Systems führt deshalb immer zu einer Dynamik im gekoppelten Elektron-Phonon-System. Thema dieses Projekts ist die theoretische Modellierung dieser Dynamik nach Anregung des Quantenpunkts durch ein oder mehrere kurze Laserpulse. Hierbei ist es uns gelungen, für den Grenzfall sehr kurzer Pulse eine analytische Lösung für eine beliebige Sequenz solcher Pulse aufzustellen, die nicht-perturbativ sowohl in der Elektron-Phonon- wie auch in der Elektron-Licht-Wechselwirkung ist. Damit können neben beliebigen nichtlinear optischen Signalen auch die Dynamik der elektronischen Besetzungen und der phononischen Freiheitsgrade berechnet werden. Insbesondere zeigt sich auf einer Pikosekunden-Zeitskala der Aufbau eines akustischen Polarons, d.h. eines Quasiteilchens aus Elektron und dazugehöriger Gitterverzerrung, verbunden mit der Emission eines phononischen Wellenpakets. Diese Emission ist verantwortlich für einen Kohärenzverlust, der die Möglichkeit der kohärenten Kontrolle der Elektronendynamik auf längeren Zeitskalen begrenzt.

Drittmittelgeber:

EU IST-FET-Projekt "Semiconductor-based implementation of quantum information devices"

Beteiligte Wissenschaftler:

PD Dr. V.M. Axt, Dr. A. Vagov, Dipl.-Phys. M. Glanemann, Prof. Dr. T. Kuhn gemeinsam mit Dr. C. Lienau, Prof. Dr. T. Elsaesser (Max-Born-Institut Berlin)

Veröffentlichungen:

Guenther, T., C. Lienau, T. Elsaesser, M. Glanemann, V. M. Axt, T. Kuhn, S. Eshlaghi und A. D. Wieck: Coherent Nonlinear Optical Response of Single Quantum Dots Studied by Ultrafast Near-Field Spectroscopy, Phys. Rev. Lett. 89, 057401, (2002)

Vagov, A., V. M. Axt und T. Kuhn: Electron-phonon dynamics in optically excited quantum dots: Exact solution for multiple ultrashort laser pulses, Phys. Rev. B 66, 165312 (2002)

Vagov, A., V. M. Axt und T. Kuhn: Non-perturbative treatment of quantum dots coupled to light and phonons, Physica E 17, 11 (2003)

Vagov, A., V. M. Axt und T. Kuhn: Impact of pure dephasing on the nonlinear optical response of single quantum dots and dot ensembles, Phys. Rev. B 67, 115338 (2003)