Kontaktlose Messung elektronischer Dynamiken in Nanostrukturen mittels Terahertz-Mikroskopie

• Antragsteller: Professor Dr. Roland Kersting
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2005 bis 2012
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 15744446

• Erstellungsjahr: 2016

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Den Zielsetzungen des Antrags entsprechend, wurde ein Nahfeld-Mikroskop für die aperturlose THz-Spektroskopie entwickelt. Die wichtigsten Spezifikationen eines solchen Mikroskops sind das laterale Auflösungsvermögen und der Signal-Rausch-Abstand. Im Mikroskopiebetrieb werden eine Auflösung von etwa 65 nm und ein Signal-Rausch-Abstand von etwa 3 000 Hz^1/2 erreicht. Dies erlaubt die Anwendung für aussagefähige Studien an Elektronensystemen in Festkörpern. Herausragende Eigenschaft des entwickelten Mikroskops ist, dass Elektronengase über das elektrische Potential der Nadel modulierbar sind. Somit ergibt sich die Möglichkeit, Quantenpunkte zu induzieren und gleichzeitig zu spektroskopieren. Mit dem Defekt des Mikroskops während des zweiten Projektabschnitts konnten die begonnenen Studien nicht mehr weitergeführt und abgeschlossen werden. In Abstimmung mit der DFG wurde entschieden, die verbleibenden Projektressourcen für Studien an eindimensionalen Quantendrähten zu verwenden. Hierzu wurden elektromodulierbare Gitter auf einer GasAs-Heterostruktur hergestellt und untersucht. Die spektrale Antwortfunktion des Elektronengases lässt sich gut mit einer Drude-Leitfähigkeit beschreiben, die erwartete nichtlineare Abhängigkeit von der Feldstärke des treibenden THz-Pulses wurde jedoch nicht beobachtet.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Terahertz microscopy of charge carriers in semiconductors, Appl. Phys. Lett., 88, 112115 (2006)
  F. F. Buersgens, R. Kersting, and H.-T. Chen
  
• Shear force control for a THz near field microscope, Rev. Sci. Instr., 78, 113701 (2007)
  F. Buersgens, C. H. Lang, G. Acuna, S. Manus, and R. Kersting
  
• Impact of high-field charge transport on terahertz emission from semiconductor devices , IEEE J. Sel. Top. Quant. Electr. 24, 482 (2008)
  G. Acuna, F. Buersgens, C. Lang, and Roland Kersting
  
• Interdigitated terahertz emitters, Electr. Lett., 44, 229 (2008)
  G. Acuna, F. F. Buersgens, C. Lang, M. Handloser, A. Guggenmos, and R. Kersting
  
• Surface plasmons in terahertz metamaterials, Opt. Expr., 16, 18745 (2008)
  G. Acuna, S. F. Heucke, F. Kuchler, H.-T. Chen, A. J. Taylor, and R. Kersting
  
• Terahertz near-field microscopy, in Advances in Solid State Physics, Editor R. Haug, 47,203 (2008)
  R. Kersting, F. F. Bürsgens, G. Acuna, and G. C. Cho
  
• Probing the momentum relaxation time of charge carriers in ultrathin layers with terahertz radiation, Opt. Expr., 17, 17450 (2009)
  S. Funk, G. Acuna, M. Handloser, and R. Kersting
  
• Terahertz spectroscopy on hole transport in pentacene thin films, Appl. Phys. Lett., 105, 012101 (2014)
  S. G. Engelbrecht, M. Prinz, T. R. Arend, and R. Kersting
  
• Terahertz electromodulation spectroscopy of electron transport in GaN, Appl. Phys. Lett., 106, 092107 (2015)
  S. G. Engelbrecht, T. R. Arend, T. Zhu, M. J. Kappers, and R. Kersting