Heliumfreier Kryostat für Resonante Fluoreszenzmessungen

• Fachliche Zuordnung: Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung in 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 444418722

Beantragt wird ein optischer Aufbau zur Messung der ortsaufgelösten resonanten Fluoreszenz bei tiefen Temperaturen (4K – 300K). Das Gerät soll insbesondere zur Spektroskopie an niedrig-dimensionalen Festkörpern, wie zum Beispiel Quantenpunkten, eingesetzt werden. Quantenpunkte sind Nanometer-große Halbleiterstrukturen, in denen die Ladungsträger (Elektronen / Löcher) soweit räumlich eingeschränkt sind, dass sich Quantenphänomene bemerkbar machen. Dazu gehören neben Energie- und Ladungs-Quantisierung auch Austauschwechselwirkung und magnetische Phänomene, die Quantenpunkte zu Atom-ähnlichen Modellsystemen machen; mit wesentlichen Unterschieden: Beispielsweise sind Quantenpunkte elektrisch kontaktier- und steuerbar; externe magnetische und elektrische Potentiale können mit den Einschlusspotentialen konkurrieren und erlauben so eine weitreichende Steuerbarkeit der Zustände. Mit diesen Eigenschaften sind Quantenpunkte nicht nur aus grundlagenphysikalischer Sicht von interesse. Sie bilden auch eine Brücke zu modernen, Nanometer-großen, kommerziellen Halbleiterstrukturen und bieten Perspektiven für elektronische und optische Bausteine in zukünftigen (Quanten-) Informationstechnologien. In dieser Hinsicht ist insbesondere die Kombination aus elektronischer und optischer Spektroskopie von besonderem Interesse. Die antragstellende Arbeitsgruppe kann in diesem Themenbereich auf einschlägige Vorerfahrungen verweisen. Dabei hat sich die ortsaufgelöste resonante Fluoreszenz als eine besonders ergiebige Methodik herausgestellt. Aufgrund der hohen Orts- und Energieauflösung ermöglicht sie es, die Dynamik einzelner Elektronen in einem einzelnen Quantenpunkt zu beobachten. Beispiele für dynamische Prozesse, die so optisch und zeitaufgelöst verfolgt werden können sind: Tunnelprozesse, Auger-Rekombination, innerer Photoeffekt und innerer Elektroneneinfang. Darüber hinaus können auch Nichtgleichgewichtszustände präpariert und deren Relaxation ins thermische Gleichgewicht beobachtet werden. Das beantragte Gerät soll für diese und ähnliche Untersuchungen an Quantenpunkten und weiteren niedrigdimensionalen Strukturen eingesetzt werden. Insbesondere sollen so die Arbeiten im Teilprojekt A01 des Sonderforschungsbereichs 1242 „Nichtgleichgewichtsdynamik kondensierter Materie in der Zeitdomäne“ nachhaltig gestärkt werden. Weitere Projekte, für die dieses Großgerät eingesetzt werden soll, sind das DFG-Projekt „Auger-Effekt in Quantenpunkten“ und gegebenenfalls ein beantragtes Projekt im Schwerpunktprogramm 2244 „2D-Materialien“.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Heliumfreier Kryostat für Resonante Fluoreszenzmessungen
• Gerätegruppe: 8550 Spezielle Kryostaten (für tiefste Temperaturen)
• Antragstellende Institution: Universität Duisburg-Essen
• Leiter: Professor Dr. Axel Lorke