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

Aufbau der elektronischen Abschirmung

In Vielteilchensystemen wird die Coulomb-Wechselwirkung zwischen zwei geladenen Teilchen dadurch abgeschirmt, dass sich andere geladene oder polarisierbare Teilchen zwischen den beiden herausgegriffenen Teilchen befinden. Wird der Zustand des Systems sehr schnell geändert, z.B. durch Anregung mit einem ultrakurzen Laserpuls, so müssen sich die Teilchen auf die neue Konfiguration einstellen. Dies erfolgt wegen der Trägheit mit einer gewissen Verzögerung; die Abschirmung der Coulomb-Wechselwirkung baut sich deshalb verzögert auf. Dieses Phänomen spielt eine große Rolle bei Relaxations- und Thermalisierungsvorgängen in Halbleitern nach Anregung mit einem Femtosekunden-Laserpuls. Im Zentrum der Arbeiten steht die theoretische Modellierung der Dynamik in optisch angeregten Halbleitern auf der Basis der Dichtematrixtheorie. Die Abschirmung tritt hier auf der Stufe von Vierpunkt-Dichtmatrizen auf. Einen Schwerpunkt der Untersuchungen bildet die Rolle der Austauschwechselwirkung, die typisch quantenmechanischer Natur ist und auf der Ununterscheidbarkeit der Teilchen beruht. Es zeigte sich, dass Austauschbeiträge sowohl die Streuung der Ladungsträger untereinander als auch die Abschirmung reduzieren. Da Streuprozesse aber unmittelbar nach der Anregung auftreten, während die Abschirmung sich erst aufbauen muss, beobachtet man zu sehr kurzen Zeiten eine Verlangsamung der Thermalisierung durch die Austauschwechselwirkung. Zu späteren Zeiten kompensieren sich dagegen die Austauschbeiträge zu Streuung und Abschirmung weitgehend.

Drittmittelgeber:

Deutsche Forschungsgemeinschaft - Schwerpunktprogramm "Quantenkohärenz in Halbleitern", EU-TMR Netzwerk "Ultrafast Quantum Optoelectronics"

Beteiligte Wissenschaftler:

Prof. Dr. T. Kuhn, PD Dr. V.M. Axt, Dipl.-Phys. T. Wolterink

Veröffentlichungen:

Wolterink, T., V. M. Axt und T. Kuhn: Coulomb quantum kinetics beyond RPA and Born approximation, Physica B 314, 132 (2002)

Wolterink, T., V.M Axt und T. Kuhn: Importance of exchange contributions to scattering and screening in the quantum kinetic regime, Proc. 26th Int. Conf. on the Physics of Semiconductors, Edinburgh 2002 (IOP publishing, Bristol, 2003)

Wolterink, T., V. M. Axt und T. Kuhn, Role of exchange interaction in Coulomb quantum kinetics, Phys. Rev. B 67, 115311 (2003)