Augerprozesse in selbstorganisierten Quantenpunkten

• Antragsteller: Privatdozent Dr. Martin Geller; Dr. Arne Ludwig
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 566915888

Der Auger-Effekt ist ein Elektron-Elektron-Streuprozess, der sowohl in der Materialanalyse (Auger-Spektroskopie) als auch für die optischen Eigenschaften von Halbleiter-Nanostrukturen eine zentrale Rolle spielt. Besonders in kolloidalen Nanopartikeln wurde dieser Effekt intensiv untersucht, da er durch nichtstrahlende Energiedissipation die optischen Eigenschaften verschlechtert. In einzelnen selbstorganisierten Quantenpunkten hingegen wurde der Auger-Effekt bisher nur wenig erforscht. Dieses Projekt widmet sich der Untersuchung des Auger-Effekts in diesen Quantenpunkten, die als ideal kontrollierbares Modellsystem dienen. Ziel ist es, die zugrundeliegenden physikalischen Mechanismen besser zu verstehen und damit ein umfassenderes Bild des Auger-Effekts in allen halbleiterbasierten Quantenstrukturen zu gewinnen. Dazu werden verschiedene Quantenpunktstrukturen gezielt hergestellt und elektrisch/optisch charakterisiert (Projektpartner Bochum) und anschließend mittels resonanter Fluoreszenz hinsichtlich ihrer Auger-Raten analysiert (Projektpartner Duisburg-Essen). Insbesondere werden Proben mit variierender Form, Größe und Zusammensetzung der Quantenpunkte sowie Systeme ohne elektronische Zustände in einer Benetzungsschicht oder ohne mechanische Verspannung untersucht. Zusätzlich werden externe magnetische und interne elektrische Felder eingesetzt, um den Einfluss des Auger-Effekts auf die Kohärenzzeit und Dynamik der Spinzustände zu verstehen. Zudem soll die Stärke des Auger-Prozesses zwischen zwei benachbarten Quantenpunkten in einem Quantenpunktmolekül bestimmt werden. Diese Untersuchungen ermöglichen ein detailliertes Verständnis der Auswirkungen des Auger-Effekts auf Linienbreiten, Kohärenzzeiten, Blinken und Emissionsintensitäten. Sie zeigen zudem Wege auf, die Auger-Rekombination durch externe und interne Parameter zu kontrollieren oder zu unterdrücken. Ein umfassendes Verständnis des Auger-Effekts ist entscheidend für die Entwicklung hocheffizienter Einzelphotonenquellen mit langen Kohärenzzeiten; nicht nur für Emitter in selbstorganisierten Quantenpunkten, sondern auch in Defektzentren oder zweidimensionalen van-der-Waals-Heterostrukturen. Die in diesem Projekt gewonnenen experimentellen Erkenntnisse werden einen wertvollen Beitrag zur theoretischen Modellierung des Auger-Effekts in verschiedenen Materialplattformen leisten, die wiederum als Basis für Einzelphotonen-Emitter dienen und somit eine Schlüsselrolle in zukünftigen Anwendungen der Quanteninformationsverarbeitung spielen werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen