Wechselwirkungsdynamik von Rydbergexzitonen

• Antragsteller: Professor Dr. Marc Alexander Aßmann
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie ; Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 316133134

Rydbergexzitonen sind das Halbleiteräquivalent von Rydbergatomen und teilen viele ihrer faszinierenden Eigenschaften, zum Beispiel sehr starke Wechselwirkungen untereinander bis hin zur Rydbergblockade. Sie können allerdings auch als sensitive Sensoren für die Gegenwart freier Ladungsträger genutzt werden, die schon bei einer Dichte von weniger als 0.01 Elektron-Loch-Paaren pro Kubikmikrometer ähnliche Blockadeeffekte zeigen, die Plasmablockade genannt werden. Für weiterführende Experimente, die gezielt die exzitonische Rydbergblockade ausnutzen sollen, ist es daher von fundamentaler Bedeutung, diese beiden Blockademechanismen präziseauseinanderhalten zu können und deterministisch erzeugen zu können. Die Halbleiterumgebung sorgt im Vergleich zu Atomen für eine schnellere und komplexere Besetzungs- und Ladungsträgerdynamik, die zunächst im Detail verstanden werden muss. So ist zu erwarten, dass freie Ladungsträger schnell Exzitonen formen können und auch Exzitonen zum Beispiel überPhononwechselwirkung ionisiert werden können, so dass auf langen Zeitskalen generell eine Mischung beider Blockadeformen zu erwarten ist. Daher liegt das primäre Ziel dieses Projekts darin, durch zeitlich und räumlich aufgelöste Spektroskopie ein besseres Verständnis der komplexen Populationsdynamik zu gewinnen. Zu diesem Zweck soll in diesem Projekt vor allem die zeitaufgelöste Rydbergblockade mit Hilfe eines maßgeschneiderten Modulators untersucht werden, der Fourierlimitierte Pulse mit einer Dauer von 500 ps bis 1 ns zur Verfügung stellt. Dies ermöglicht Pump-Probe-Messungen, die Aufschluss über die Bildungsrate von Exzitonen ausdem Plasma, die Ionisationsrate der Rydbergexzitonen, deren Relaxation hin zum Grundzustand und die Auger-assistierte Formation von Plasma ausgehend von Paraexzitonen geben werden.Außerdem sollen Propagationseffekte und räumlich aufgelöste Messungen der Blockade im Fokus stehen, um einen Überblick über den räumlichen Verlauf der Wechselwirkung zwischen Exzitonen zugewinnen und zu verstehen, ob Dispersionseffekte, die auf der unterschiedlichen Propagationsgeschwindigkeit von Exzitonen unterschiedlicher Hauptquantenzahlen basieren, zuWechselwirkungen führen, die über die Tiefe des Kristalls hinweg oder mit der Zeit variieren. Zuletzt soll auch noch gezielt der Einfluss dipolverbotener und optisch somit nicht direkt aktiver Zustände auf die optisch aktiven Exzitonen untersucht werden. Hier sind vor allem SundD-Exzitonen von Interesse, deren Wellenfunktion sich deutlich von den P-Exzitonen abhebt, was ein sehr komplexes Wechselwirkungspotential erwarten lässt. Hierzu werden wirZweiphotonenabsorption und Spektroskopie durch Erzeugung der zweiten Harmonischen anwenden, um die dipolverbotenen Exzitonen aufgrund der veränderten Auswahlregeln gezielt anzuregen.Zusammengefasst soll ein detailliertes Verständnis der Dynamik und Wechselwirkungen der unterschiedlichen Anregungen im System Cu2O erreicht werden.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1929: Giant Interactions in Rydberg Systems (GiRyd)
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Manfred Bayer