Nonlinear spectroscopy of single semi-conductor quantum dots
Final Report Abstract
Im Rahmen des Projektes wurden die nichtlinear-optischen Eigenschaften einzelner exzitonischer Zustände unter starkem dreidimensionalem Quantumconfinement untersucht. Als experimentelle Technik werden Mikrophotolumineszenz unter hohen Anregungsdichten sowie Vierwellenmischen (FWM) mit durchstimmbaren Femtosekundenpulsen eingesetzt. Aus Mikrophotolumineszenz-Experimenten unter Variation von Temperatur- und Anregungsdichte wurden Biexziton-Bindungsenergien, Trion-Bindungenergien, homogene Linienbreiten und Austauschenergien für lokalisierte Exzitonen in CdS/ZnS SQWs und in CdSe/ZnSe Inseln bestimmt. In zeitaufgelöster Photolumineszenz an einzelnen CdSe/ZnSe Quantenpunkten wurde die Singlet - Triplet Dynamik untersucht und daraus Rückschlüsse auf strahlende Lebensdauern und phononenassistierte Spin-Flip Prozesse gezogen. Zur Erzielung einer hohen Nachweisempfindlichkeit für die kohärente nichtlineare Spektroskopie wurde eine Heterodyntechnik entwickelt. Mittels Detektion des FWM-Signalfeldes über spektrale Interferometrie wird eine simultane Messung über die gesamte Kohärenzzeit ermöglicht. Damit gelang es uns erstmalig, Messungen von transientem FWM an einzelnen lokalisierten Exzitonen in Quantenfilmen und in selbstorganisierten CdTe/ZnTe Quantenpunkten zu realisieren. Mit Hilfe der erhaltenen Daten und der entwickelten Spektroskopiemethode der heterodyndetektierten spektralen Interferometrie wurde eine neue qualitative Stufe im Verständnis nichtlinear-optischer Eigenschaften einzelner Quantenpunkte erreicht. Dabei wurde die mikroskopische Entstehung des Photonenechos gemessen, und die kohärente Kontrolle und Auslesung einzelner Exzitonen gezeigt. Diese Methode sollte in Zukunft zur kohärenten Kontrolle und Auslesung für Quantenalgorithmen relevant sein.
Publications
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Coherent Control and Polarization Read-Out of Individual Excitonic States B.Patton, U.Woggon and W.Langbein Phys. Rev. Lett. 95, 266401 (2005)
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Microscopic measurement of photon echo formation in groups of individual excitonic transitions W.Langbein and B.Patton Phys. Rev. Lett. 95, 017403 (2005)
