Lehrstuhl Prof. Dr. T. Kuhn gemeinsam mit Prof. Dr. C. Falter und PD Dr. V. M. Axt
Raum-zeitliche Dynamik auf sehr kurzen Zeit- und Längenskalen
In vielen Anwendungen der Halbleiterelektronik und -optoelektronik werden immer kürzere Zeit-
und Längenskalen erreicht. Daher ist ein detailliertes Verständnis der auf diesen Skalen ablaufenden
Prozesse notwendig. Interessant ist dabei insbesondere die Tatsache, dass quantenmechanische
Phänomene eine zunehmend zentrale Rolle spielen. In der traditionellen, Boltzmannschen Transporttheorie
erfolgen Streuprozesse zeitlich instantan an einem bestimmten Ort zwischen Zuständen mit wohldefinierter
Energie und Impuls. Dies ist nach den Gesetzen der Quantenmechanik wegen den fundamentalen Orts-Impuls-
und Energie-Zeit-Unschärferelationen nicht möglich und kann deshalb nur näherungsweise
gültig sein. Auf sehr kurzen Längen- und Zeitskalen muss daher die semiklassische Boltzmannsche
kinetische Theorie durch eine Quantenkinetik ersetzt werden, die diesen Quanteneffekten Rechnung trägt.
Im Zentrum der Untersuchungen steht die Rolle der Elektron-Phonon-Wechselwirkung für die Dynamik
räumlich lokalisierter Wellenpakete, wie sie z.B. mit Hilfe einer Femtosekunden-Anregung durch die Spitze
eines optischen Nahfeldmikroskops präpariert werden können. Es zeigt sich, dass die
Energie-Zeit-Unschärfe hier zum Auftreten von sehr schnellen Ladungsträgern aufgrund der
transienten Besetzung hochenergetischer Zustände führen kann. Ferner werden durch die schnelle
räumliche Trennung von Elektronen und Löchern kohärente Phononen angeregt, die
Gitterschwingungen mit nicht-verschwindender mittlerer Auslenkung beschreiben. Da es sich hierbei um
Auslenkungen der positiven gegenüber den negativen Ionen handelt, schirmen diese kohärenten
Phononen die Coulomb-Wechselwirkung zwischen den Ladungsträgern ab und reduzieren dadurch die
Kopplung zwischen Elektronen und Löchern.
