Kontrolle und Nutzung der optischen Anisotropie von Halbleiter-Quantenpunkten
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Im Rahmen des Projekts wurden umfangreiche Untersuchungen der Anisotropie des Linearpolarisationsgrades der Lumineszenzstrahlung ( im Folgenden kurz optische Anisotropie) selbstorganisierter CdSe/ZnSe Quantenpunkte (engl. Quantum Dots –QDs) unter Anlegung einer äußeren Störung durchgeführt. Den Schwerpunkt bildeten dabei Messungen unter Anlegung externer magnetischer Felder in der Wachstumsebene der QDs. Dabei zeigte sich, dass sich die lineare Polarisation aus Anteilen zusammensetzt, die entweder fest an die Orientierung bestimmter kristallographischer Achsen gekoppelt sind, oder aber entgegen der Magnetfeldrichtung im Probensystem rotieren. Es wurde ein Modell auf der Basis des k.p Hamiltonian für G6 x G8 Exzitonen unter Einfluß magnetischer Felder in Voigtgeometrie unter Berücksichtigung der C2v-Symmetrie der bindenden Potentiale der QDs entwickelt, welches erfolgreich den Verlauf der Daten quantitativ verfolgen kann. Damit war es möglich zu demonstrieren, dass die beobachteten Polarisationsanteile im Magnetfeld von den isotropen und anisotropen Komponenten des Loch Zeeman Terms verursacht werden. Die insgesamt beobachtete optische Anisotropie resultiert aus dem Wechselspiel der austauschaufgespaltenen exzitonischen Feinstruktur mit der magnetfeldinduzierten Zeemanverschiebung. Das Modell ist somit in der Lage zentrale Parameter, wie die Austauschaufspaltungen und g-Faktoren quantitativ zu bestimmen. Diese Ergebnisse sind insbesondere in Untersuchungen bezüglich der Emission polarisationsverschränkter Photonen unter Anlegung magnetischer Felder zur Symmetrierung der Exziton-Biexziton-Kaskade von hoher Relevanz, da sie eindeutig zeigen, dass in solch einer Situation insgesamt vier optische Übergange, im Gegensatz zu zweien in Abwesenheit magnetischer Felder, berücksichtigt werden müssen. Da unser Modell allein auf Symmetrieüberlegungen beruht ist es weiterhin nicht auf QDs beschränkt, sondern kann auf beliebige physikalische Systeme der entsprechenden Symmetrie übertragen werden. Weiterhin wurden intensive Untersuchungen zur Energierelaxation von QD- Exzitonen durchgeführt. Dabei wurde festgestellt, dass der Überlapp der Wellenfunktionen der in den QD gebundenen Exzitonen mit dem Matrixmaterial eine Wechselwirkung mit Phononen aus der gesamten Brillouinzone des Matrixmaterials ermöglicht, also die k-Vektor Erhaltung völlig aufgehoben ist. Beiträge aus den Hochsymmetriepunkten (LO(L)/LO(X)) treten dabei deutlich im Spektrum hervor. Ein so zur Verfügung stehendes Kontinuum von Zuständen stellt offensichtlich einen wichtigen Beitrag in der energetischen Relaxation in QDs dar und liefert eine mögliche Erklärung für die bisher schlecht verstandene schnelle Relaxation in den Lochzuständen. Unsere Daten legen außerdem nahe, dass sie kohärent erfolgt, da Spininformation in den Exzitonen offensichtlich bei der Relaxation erhalten bleibt.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- 13th International Conference on II-VI compounds, "Control and application of the excitonic finestructure in epitaxial CdSe/ZnSe quantum dots", September 2007, Jeju, Südkorea
T. Kiessling
- CdSe/ZnSe heteroepitaxy: Aspects of growth and self organization of nanostructures, Phys. Stat. Sol. (c) 4, 3129 (2007)
S. Mahapatra, T. Kiessling, E. Margapoti, G. V. Astakhov, J. Renner, U. Bass, C. Bougerol, T. Schmidt, A. Bendounan, F. Schmitt, C. Schumacher, L. Worschech, W. Ossau, J. Geurts, L. W. Molenkamp, F. Reinert, A. Forchel and K. Brunner
- Layer-by-layer growth and island formation in CdSe/ZnSe heteroepitaxy, J. Crystal Growth 301, 00310 (2007)
S. Mahapatra, T. Kiessling, E. Margapoti, G. V. Astakhov, W. Ossau, L. Worschech, A. Forchel and K. Brunner
- Optical studies of structural and magnetic anisotropies in epitaxial CdSe/ZnSe quantum dots, Phys. Stat. Sol. (c) 4, 3324 (2007)
T. Kiessling, G. V. Astakhov, A. V. Platonov, S. Mahapatra, T. Slobodskyy, W. Ossau, K. Brunner and L. W. Molenkamp
- 18th International Conference on High Magnetic Fields in Semiconductor Physics and Nanotechnology, " Investigation of spin transport in semiconductors by spatially resolved two-colour Hanle-Moke measurements ", August 2008, Sao Pedro, Brasilien
W. Ossau
