Mollow-Triplett-Emission und die Erzeugung höherer Harmonischer bei Dotieratomen in Halbleitern im starken Terahertz-Feld

• Antragsteller: Dr. Fanqi Meng
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 390200638

Mit dem vorliegenden Antrag sollen Mittel für eine zeitlich eng begrenzte Forschungsreise an die University of California at Santa Barbara (UCSB) eingeworben werden, um mit dem dortigen Freie-Elektronen-Laser (FEL) Messungen zur Atomphysik isolierter Dotieratome in Halbleitern vornehmen zu können. Es geht um zwei Themen. Zum einen um den Autler-Townes-Effekt, das Frequenz-Pendant der zeitlichen Rai-Oszillationen im starken Feld der Terahertz-Strahlung. Zum anderen um die Erzeugung höherer Harmonischer durch Ladungsträger, die nach der Ionisation der Dotieratome im Terahertz-Wechselfeld auf die Dotier-Ionen zurückgetrieben werden und mit diesen kollidieren. Die Themen sind stark motiviert durch analoge Phänomene der Atomphysik mit Gasen. Es sei hier daran erinnert, dass die dort gemachte Beobachtung höherer Harmonischer durch das Rekollisionsphänomen das besonders aktuelle Gebiet der Attosekundenphysik begründet hat. Die Einbettung von einzelnen Atomen in einen Wirtskristall führt nun dazu, dass nichtlinear-optische Effekte (mit langen Kohärenzzeiten) bei wesentlich niedrigeren Feldstärken und viel kleineren Photonenergien auftreten als im freien Atom. Allerdings waren diese Phänomene lange Zeit kaum experimentell untersuchbar, weil es an geeigneten Strahlungsquellen und Messmethoden fehlte. Aufbauend auf unsere Vorarbeiten wollen wir nun die besonderen Eigenschaften des UCSB-FEL nutzen, um die angesprochenen Effekte klar herauszuarbeiten. Die Eigenschaften, die den UCSB-FEL für uns interessant machen, sind die besonders kleine Bandbreite der sehr langen Terahertz-Pulse, die eine selektive Adressierung einzelner Zustände und die Beobachtung von Seitenbanden begünstigt, sowie die niedrigen erreichbaren Frequenzen im Bereich von Hunderten von GHz, mit denen hohe Ordnungen der Harmonischen bei Ladungsträger-Ion-Rekollisionen erzeugbar sein sollten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortliche: Markus Abt; Bernhard Klug; Professor Dr. Hartmut G. Roskos; Dr. Mark D. Thomson, Ph.D.