Untersuchung fundamentaler physikalischen Eigenschaften von gekoppelten Quantenfilm-Quantenpunktsystemen, die im Bereich des nahen Infrarot von 1,3 - 1,55 Mikrometer emittieren (Akronym: QuCoS = Quantum Coupled Systems).

• Antragsteller: Professor Dr. Johann Peter Reithmaier
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie ; Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik ; Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 262304022

Das Forschungsthema umfasst die Untersuchung der grundlegenden physikal. Eigenschaften von gekoppelten zwei- (QW) und nulldimensionalen (QD) halbleiterbasierenden Quanten-Subsystemen, die durch den optischen Spektralbereich des Grundübergangs im nahen Infrarot (1,3-1,55 um) gekennzeichnet sind. Das Hauptziel des Projektes ist die Durchführung von theoret. und experiment. Studien von verschiedenen eng miteinander verknüpften Fragestellungen, um die folgenden Kenntnisse zu erlangen: (i) wichtige physikal. Wechselwirkungen, die verantwortlich sind für einen nicht-resonanten Ladungsträger-/Exzitonen-/Spin-(LES-)Transfer zwischen räumlich getrennten aber noch quantenmechanisch gekoppelten Systemen (z.B.: Ladungsträger-Phonon, Exziton-Exziton oder Ladungsträger-Ladungsträger); (ii) LES-Relaxationspfade in gekoppelten Systemen, die primär von der Kopplungsstärke und der Effizienz von relaxationsbegleitenden Streuprozessen abhängig sind; (iii) der Einfluss von Materialzusammensetzung und Verspannung im System auf die Effizienz von Auger-Prozessen und Auger-assistierten Ladungsträgertransfers zwischen QW- und QD-Systemen; (iv) die Möglichkeit der Kontrolle der Stärke der quantenmech. Kopplung zwischen QW und QD unter Berücksichtigung von z.B. Temperatur, LES-Besetzung, chemische Zusammen-setzung und elektronische Struktur; (v) kohärente und inkohärente Dynamik des LES-Transfers als Folge der optischen Anregung bzw. eines Spin-Initialisierungsprozesses und deren Kontrolle in gekoppelten Systemen; (vi) Spin-bezogene Eigenschaften in gekoppelten Systemen. Die Hypothese, die wir in diesem Projekt beabsichtigen zu verifizieren, ist, dass bei einer vorsichtigen Auswahl von physikal. Wechselwirkungen und Eigenschaften von Halbleitermate-rialien ein Quantensystem designt und hergestellt werden kann, dass die Effizienz des LES-Transfers zwischen einem QW und einem QD-Grundzustand über einen weiten Bereich präzise steuern kann. Es sollen dabei drei Bedingungen für das QW-QD-System erfüllt sein: (i) der QD-Grundzustand ist der energetisch niedrigste Zustand im gesamten gekoppelten System, (ii) es behält seinen lokalen Charakter (atomähnlich), und (iii) es emittiert Photonen im spektralen nahen Infrarotbereich von 1,3-1,55 um. Als ein Fernziel erwarten wir, dass die Ergebnisse unserer Untersuchungen die kritischsten Punkte aufzeigen für das Design eines gekoppelten QW-QD-Systems mit den gewünschten Parametern. Wir beachsichtigen die Rolle der quantenmech. Kopplung zwischen räumlich getrennten Subsystemen unterschiedl. Dimensionalität zu verifizieren, und zu demonstrieren, wie die Kontrolle auf physikalischer Basis erfolgen kann. Diese Kenntnis kann möglicherweise genutzt werden für die Entwicklung neuartiger optoelektronischer und spintronischer Bauelemente mit hervorragenden Eigenschaften (z.B.: schnell modulierbare Laser, Schalter, lange Speicherzeiten, schnelle Lese-/Schreibspeicher, etc.), die auf einer gekoppelten QW-QD-Systemarchitektur aufbauen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Israel, Polen
• Beteiligte Person: Professor Dr. Grzegorz Sek