Lehrstuhl Prof. Dr. T. Kuhn gemeinsam mit Prof. Dr. C. Falter und PD Dr. V. M. Axt
Dekohärenz in Halbleiter-Ouantenpunkten
Halbleiter-Quantenpunktstrukturen sind Kandidaten für eine mögliche Realisierung von
Grundelementen im Rahmen der Quanteninformationstheorie. Sie sind dafür unter anderem deshalb
besonders interessant, weil dadurch eine direkte Material-Kompatibilität mit den heutigen elektronischen
und optoelektronischen Bauelementen bestünde und weil auf dem Gebiet der Halbleiterphysik bereits
umfangreiche technologische Erfahrungen vorliegen. Die Grundidee der Quanteninformationstheorie besteht
darin, das klassische Bit, d.h. ein System, das zwei wohldefinierte Zustände 0 und 1
annehmen kann, durch das sogenannte Qubit zu ersetzten. Bei letzterem handelt es sich um ein
quantenmechanisches Zweiniveau-System, das sich außer in den beiden Zuständen
0 und 1 auch in beliebigen quantenmechanischen Überlagerungszuständen befinden
kann. Die Schwierigkeit bei der Realisierung besteht darin, dass die Kohärenz dieser
Überlagerungszustände durch Ankopplung an die Umgebung zerfällt, wobei die typischen
Quanteneigenschaften wieder verschwinden. Ziel der Arbeiten in diesem Projekt ist ein detailliertes
Verständnis der Dekohärenz in Halbleiter-Quantenpunkten aufgrund der Kopplung an die Phononen
des Kristallgitters. Für sehr kleine Quantenpunkte kann man hier eine exakte Lösung angeben,
gemäß der die optisch aufgeprägte Kohärenz zerfällt. Es zeigt sich, dass dieser
Zerfall keinesfalls durch eine einfache Zeitkonstante beschrieben werden kann, wie dies in
höherdimensionalen Systemen in der Regel möglich ist. Die Kopplung an die Phononen führt
zu einem schnellen anfänglichen Zerfall auf einer Pikosekunden-Zeitskala, danach bleibt die
Kohärenz aber auf einem konstanten Wert stehen, der stark von Material,
Quantenpunktgröße und Temperatur abhängt. Diese Kohärenz verschwindet dann erst
durch die Rekombination. In Zusammenarbeit mit der experimentellen Arbeitsgruppe von
Frau Prof. U. Woggon (Uni Dortmund) konnte gezeigt werden, dass das Modell quantitativ
das gemessene Dekohärenzverhalten beschreibt.
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