Untersuchung der Elektron-Phonon Kopplung in Quantenpunkten durch Zweifarben-Pump-Probe-Spektroskopie
Final Report Abstract
Ziel des Projekts war, die bisher kontrovers diskutierte Frage der Energierelaxation von Ladungsträgern in Quantenpunkten weiter aufzuklären: Während in Halbleitern höherer Dimensionalität Ladungsträgeranregungen innerhalb ihrer Lebensdauer schnell in ein thermisches Quasi-Gleichgewicht relaxieren, ist in nulldimensionalen Quantenpunkten – zumindest in einem störungstheoretischem Bild – ein davon völlig abweichendes Verhalten zu erwarten. Über Phononstreuung sind vergleichsweise geringe Streuraten zu erwarten, da die Endzustände der Streuprozesse in Quantenpunktstrukturen diskret anstatt kontinuierlich auf der Energieskala verteilt sind. Tatsächlich wurden in der Regel aber schnelle Ladungsträgerrelaxationen beobachtet – das vorhergesagte „phonon-bottleneck“ trat nicht auf. Das hier vorliegende Projekt zielte darauf ab, durch gezielte Parametervariation den Einfluss bestimmter Relaxationmechanismen eindeutig heraus zu arbeiten. Dabei zeigt sich, dass die Antwort nach dem „phonon-bottleneck“ stark von der betrachteten Zeitskala abhängt. Zu frühen Zeiten nach ihrer gepulsten Anregung (<100 ps) können die Ladungsträger sehr schnell alle Zustände simultan besetzen, zu späteren Zeiten (>1 ns) halten sich bei kryogenen Temperaturen jedoch langlebige Populationen auch in höheren Schalen. Dies ist in Übereinstimmung mit einem quantenkinetischen Modell für die Relaxation. Demnach zeigt sich für die polaronischen Resonanzen in der Spektralfunktion eine Verbreiterung zu frühen Zeiten, durch die die Zustandsdichte nahezu kontinuierlich verläuft. Diese Resonanzen schärfen sich jedoch mit fortschreitender Zeit auf, und dann wird die Relaxation behindert. Allerdings kann der Einfluss von Ladungsträger-Ladungsträgerrelaxationen auch bei niedrigster Anregungsdichte nie vollständig unterdrückt werden. Bei erhöhten Temperaturen werden die polaronischen Resonanzen so stark thermisch verbreitert, dass die langlebigen Populationen verschwinden. Bei den Untersuchungen trat auch ein neuer Aspekt auf, da über die langlebige Population dunkler Exzitonen in den Quantepunktgrundzuständen Einblick in die exzitonische Spinrelaxation genommen werden kann. Dabei konnten erstmalig die Einflüsse sowohl der Hyperfein- als auch der Spin- Bahn-Wechselwirkung auf die Spinsrelaxation von in Exzitonen gebundenen Ladunsgträgern umfassend untersucht werden.
Publications
- „Hyperfine interaction of electron and hole spin with the nuclei in (In,Ga)As/GaAs quantum dots“
H. Kurtze, D. R. Yakovlev, D. Reuter, A. D. Wieck and M. Bayer
- „Carrier relaxation in quantum dots by means of time resolved transmission in two color pump probe experiments“. DPG Frühjahrstagung des Arbeitskreises Festkörperphysik, Berlin, 2008
H. Kurtze, R. Heinle, M. Bayer, J. Seebeck, F. Jahnke, D. Reuter, and A. Wiek
- „Temporal evolution of a phonon bottleneck for carrier relaxation in quantum dots“. 29th International Conference on the Physics of Semiconductors (ICPS 29), Brazil, 2008
H. Kurtze, J. Seebeck, P. Gartner, R. Heinle, D. R. Yakovlev, F. Jahnke, and M. Bayer
- „Temporal evolution of a phonon bottleneck for carrier relaxation in quantum dots“. 9th International Workshop on Nonlinear Optics and Excitation Kinetics in Semiconductors (NOEKS 9), Klink/Müritz, 2008
H. Kurtze, R. Heinle, D. R. Yakovlev, M. Bayer, J. Seebeck, P. Gartner, and F. Jahnke
- „Carrier relaxation dynamics in selfassembled semiconductor quantum dots“. Physical Review B 80, 235319 (2009)
H. Kurtze, J. Seebeck, P. Gartner, D. R. Yakovlev, D. Reuter, A. D. Wieck, M. Bayer, and F. Jahnke
- „Hyperfine interaction of electron and hole spin with nuclei in InAs/GaAs quantum dots“. 11th International Conference on Optics of Excitons in Confined Systems (OECS 11), Spain, 2009
H. Kurtze, D. R. Yakovlev, D. Reuter, A. D. Wieck and M. Bayer
