Der Kohärente Hall-Effekt im Halbleiterübergitter: Untersuchung von Felddynamik und Vielteilcheneffekte
Zusammenfassung der Projektergebnisse
In diesem Projekt wurde die Kopplung von Bloch- und Zyklotron-Oszillationen in Halbleiterübergittern bei Anliegen eines elektrischen Feldes entlang der Wachstumsrichtung des Übergitters und in Gegenwart eines zusätzlichen magnetischen Feldes mittels zeitaufgelöster elektro- optischer Spektroskopie untersucht. Wie die semiklassische Behandlung der Bewegungsgleichungen zeigt, hängen sowohl die Stärke der Bloch-Zyklotron-Kopplung als auch die Charakteristika der kohärenten Ladungsträgerbewegung sensitiv von der relativen Anordnung der äußeren Felder ab. Liegt das Magnetfeld senkrecht zum elektrischen Feld, so kommt es in der Richtung senkrecht zur Bloch-Oszillationsbewegung sowie zum Magnetfeld zu einer kohärenten Ladungsträgerdriftbewegung, dem Kohärenten Hall-Effekt. Semiklassisch lässt sich die Dynamik der elektronischen Wellenpakete in diesem Fall mit der Bewegungsgleichung eines nicht getriebenen, ungedämpften Pendels jenseits der harmonischen Näherung beschreiben. Analog zur Pendelbewegung lassen sich abhängig vom Verhältnis E/B der Feldstärken zwei Bewegungsregime unterscheiden, die sich durch eine gegensätzliche Abhängigkeit der Frequenz der Ladungsträgeroszillationen von den äußeren Feldern auszeichnen. Bei schräger Feldanordnung dagegen erfolgt eine nichtlineare Kopplung der Bloch-Oszillation mit der Zyklotron-Oszillation in der Übergitterebene. Diese Kopplung führt unter anderem zu einer phasenempfindlichen Gleichrichtung der transienten Oszillationen entlang der Wachstumsrichtung. Bei Übereinstimmung der Eigenfrequenzen der gekoppelten Oszillatoren beobachtet man den Ultraschnellen Fiske-Effekt, eine resonante Überhöhung dieses selbstinduzierten Gleichstroms. Letzterer wurde in diesem Projekt zum ersten Mal experimentell beobachtet und studiert.
