Kurzzeit-Spektroskopie an Halbleiter-Quantenstruktren am Freie-Elektronen-Laser FELBE

Der mittlere Infrarot- und Terahertz-Bereich bietet Zugang zu einer Vielzahl von faszinierenden Effekten in Halbleiter-Quantenstrukturen, da in diesem Spektralbereich eine Vielzahl von elementaren und kollektiven Anregungen wie z. B. Phononen, Plasmonen und Intersubbandübergängen liegen. Der Freie-Elektronen-Laser FELBE ist durchstimmbar im Bereich von 1 – 80 THz und liefert einen kontinuierlichen Zug von intensiven, schmalbandigen Pikosekundenpulsen, die sich ideal für nichtlineare Spektroskopie und resonante Anregung eignen. Wir zeigen exemplarisch Experimente an zweidimensionalen und nulldimensionalen Systemen und diskutieren sie hinsichtlich spektraler, zeitlicher und räumlicher Auflösung. Insbesondere wird die Ladungsträgerdynamik in selbstorganisierten Halbleiter-Quantenpunkten sowie Spektroskopie an einzelnen Quantenpunkten gezeigt [1-3]. Weiterhin stellen wir Resultate zur Ladungsträgerdynamik in Graphen vor [4,5]. Die Untersuchungen geben wichtige Einblicke in das Verhalten von Ladungsträgern auf kurzen Zeitskalen, insbesondere zu ihrer Phasenkohärenz, ihrer Wechselwirkung untereinander und ihrer Wechselwirkung mit Phononen. Neben der grundlegenden Bedeutung ist die Kenntnis er Kurzzeitdynamik wichtig für die Entwicklung zukünftiger optoelektronischer Bauelemente wie Detektoren, Strahlungsquellen und Elementen zur Informationsspeicherung in Quantencomputern.

[1] E. A. Zibik et al., Nature Mat. 8, 803 (2009).
[2] M. Teich et al., Appl. Phys. Lett. 103, 252110 (2013).
[3] R. Jacob, Nano Lett. 12, 4336 (2012).
[4] S. Winnerl et al., Phys. Rev. Lett. 107, 237401 (2011).
[5] M. Mittendorff et al., Nature Phys. (under review).