Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Angeregtes Zusammenspiel: Resonanzen in der Terahertz-Strahlung

30.03.2009
Physiker der Philipps-Universität haben gemeinsam mit Arbeitsgruppen aus Dresden und Wien herausgefunden, wie sich Halbleitermaterialien verhalten, wenn sie elektromagnetischer Strahlung im Terahertz-Frequenzbereich ausgesetzt sind.

Wie Professor Dr. Stephan W. Koch und seine Marburger Kollegen theoretisch vorhersagen konnten, beruhen die gemessenen Resonanzen auf zwei Wechselwirkungen, mit denen die im Halbleiter eingeschlossenen Elektronen auf die Strahlung reagieren: einer Kombination von kontinuierlichen Oszillationen und diskreten Energieübergängen. Die Wissenschaftler veröffentlichten ihre Ergebnisse in der aktuellen Ausgabe der renommierten Fachzeitschrift "Physical Review Letters".

In den letzten Jahren hat eine rasante Entwicklung in der Terahertz-Physik stattgefunden, einem Gebiet, das sich mit elektromagnetischer Strahlung hoher Frequenz zwischen Infrarot und Mikrowellenbereich beschäftigt. Während man bis vor wenigen Jahren noch von der so genannten Terahertz-Lücke im elektromagnetischen Spektrum sprach, hat die Terahertz-Strahlung heute bereits eine Vielzahl von technischen Anwendungen gefunden. "Aber auch in der Grundlagenforschung hat sich die Terahertz-Spektroskopie zu einem wichtigen Werkzeug entwickelt", erläutert Seniorautor Koch, "zum Beispiel, um interne Übergänge zu analysieren und zu manipulieren, die in Festkörpern und Molekülen stattfinden."

Ein solcher interner Übergang kann unter anderem bei Elektronen erzeugt werden, die in einer sehr dünnen Schicht eingesperrt sind, einem so genannten Quantenfilm. Dabei macht man sich einen interessanten quantenmechanischen Effekt zunutze: Während sich die Elektronen parallel zur Schicht frei bewegen und somit beliebige Energien annehmen können, ist die Bewegung senkrecht zur Schicht quantisiert, das heißt, die Elektronen können nur ganz bestimmte Energien annehmen. Man sagt, es komme zur Bildung von diskreten Energieniveaus. Ein Quantenfilm lässt sich unter anderem durch die Einbettung einer dünnen Halbleiterschicht zwischen zwei andere Halbleitermaterialien realisieren. In diesem Fall beträgt die Energiedifferenz der beiden untersten Energieniveaus typischerweise gerade einige Terahertz.

Trifft nun ein elektromagnetisches Feld mit geeigneter Frequenz auf den Quantenfilm, so existieren zwei grundlegend verschiedene Möglichkeiten der Wechselwirkung der Elektronen mit dem Feld: Einerseits kann die Energie der Terahertz-Strahlung dazu benutzt werden, einen internen Übergang zu induzieren, das heißt ein Elektron in das nächst höhere Energieniveau anzuheben. Zum anderen werden die Elektronen durch das momentan anliegende elektrische Feld in der Quantenfilmebene beschleunigt, so dass sie eine oszillatorische Bewegung mit der Frequenz des Terahertz-Feldes vollführen. Beide Prozesse senden wiederum charakteristische Terahertz-Strahlen aus, die miteinander interferieren und das ursprüngliche Feld verändern.

Physikern des Forschungszentrums Dresden-Rossendorf um Professor Dr. Manfred Helm ist es nun gelungen, diese Änderungen des Terahertz-Feldes an einem geeigneten System zu messen. Dabei zeigten die Spektren des abgestrahlten Feldes ein charakteristisches Verhalten, welches stark an die nach ihrem Entdecker benannten Fano-Resonanzen erinnert. Sie tauchen immer dann auf, wenn in einem physikalischen System ein diskreter Energieübergang an ein Kontinuum von Übergängen gekoppelt ist.

Die Marburger Halbleiterphysiker Professor Dr. Stephan W. Koch, Professor Dr. Mackillo Kira und Daniel Golde konnten mithilfe der von ihnen entwickelten mikroskopischen Theorie dieses charakteristische Verhalten eindeutig dem Zusammenspiel der beiden genannten Wechselwirkungsprozesse zuordnen. "Damit wurde zum ersten Mal ein Verfahren gefunden, welches es ermöglicht, diese grundlegenden Prozesse in einem Experiment direkt zu identifizieren und voneinander zu unterscheiden", erklärt Koch.

Des Weiteren ermöglicht das Verfahren, die relativen Stärken der beteiligten Wechselwirkungsprozesse im betrachteten System quantitativ zu bestimmen. Ein bemerkenswertes Resultat ist, dass sich die Methode nicht nur auf die Energieaufspaltungen in Quantenfilmen anwenden lässt, sondern prinzipiell auf alle internen Übergänge in Halbleiterstrukturen.

Originalveröffentlichung: Daniel Golde & al.: Fano Signatures in the Intersubband Terahertz Response of Optically Excited Semiconductor Quantum Wells, Phys. Rev. Lett. 102 (27 März 2009), Online-Ausgabe: http://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.102.127403

Weitere Informationen:
Ansprechpartner: Professor Dr. Stephan W. Koch,
AG Theoretische Halbleiterphysik
Tel.: 06421 28-21336
E-Mail: stephan.w.koch@physik.uni-marburg.de

Johannes Scholten | idw
Weitere Informationen:
http://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.102.127403
http://www.physik.uni-marburg.de/de/forschung/theoretische-halbleiterphysik/ag-startseite.html

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Schnell wachsende Galaxien könnten kosmisches Rätsel lösen – zeigen früheste Verschmelzung
26.05.2017 | Max-Planck-Institut für Astronomie

nachricht 3D-Graphen: Experiment an BESSY II zeigt, dass optische Eigenschaften einstellbar sind
24.05.2017 | Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Lässt sich mit Boten-RNA das Immunsystem gegen Staphylococcus aureus scharf schalten?

Staphylococcus aureus ist aufgrund häufiger Resistenzen gegenüber vielen Antibiotika ein gefürchteter Erreger (MRSA) insbesondere bei Krankenhaus-Infektionen. Forscher des Paul-Ehrlich-Instituts haben immunologische Prozesse identifiziert, die eine erfolgreiche körpereigene, gegen den Erreger gerichtete Abwehr verhindern. Die Forscher konnten zeigen, dass sich durch Übertragung von Protein oder Boten-RNA (mRNA, messenger RNA) des Erregers auf Immunzellen die Immunantwort in Richtung einer aktiven Erregerabwehr verschieben lässt. Dies könnte für die Entwicklung eines wirksamen Impfstoffs bedeutsam sein. Darüber berichtet PLOS Pathogens in seiner Online-Ausgabe vom 25.05.2017.

Staphylococcus aureus (S. aureus) ist ein Bakterium, das bei weit über der Hälfte der Erwachsenen Haut und Schleimhäute besiedelt und dabei normalerweise keine...

Im Focus: Can the immune system be boosted against Staphylococcus aureus by delivery of messenger RNA?

Staphylococcus aureus is a feared pathogen (MRSA, multi-resistant S. aureus) due to frequent resistances against many antibiotics, especially in hospital infections. Researchers at the Paul-Ehrlich-Institut have identified immunological processes that prevent a successful immune response directed against the pathogenic agent. The delivery of bacterial proteins with RNA adjuvant or messenger RNA (mRNA) into immune cells allows the re-direction of the immune response towards an active defense against S. aureus. This could be of significant importance for the development of an effective vaccine. PLOS Pathogens has published these research results online on 25 May 2017.

Staphylococcus aureus (S. aureus) is a bacterium that colonizes by far more than half of the skin and the mucosa of adults, usually without causing infections....

Im Focus: Orientierungslauf im Mikrokosmos

Physiker der Universität Würzburg können auf Knopfdruck einzelne Lichtteilchen erzeugen, die einander ähneln wie ein Ei dem anderen. Zwei neue Studien zeigen nun, welches Potenzial diese Methode hat.

Der Quantencomputer beflügelt seit Jahrzehnten die Phantasie der Wissenschaftler: Er beruht auf grundlegend anderen Phänomenen als ein herkömmlicher Rechner....

Im Focus: A quantum walk of photons

Physicists from the University of Würzburg are capable of generating identical looking single light particles at the push of a button. Two new studies now demonstrate the potential this method holds.

The quantum computer has fuelled the imagination of scientists for decades: It is based on fundamentally different phenomena than a conventional computer....

Im Focus: Tumult im trägen Elektronen-Dasein

Ein internationales Team von Physikern hat erstmals das Streuverhalten von Elektronen in einem nichtleitenden Material direkt beobachtet. Ihre Erkenntnisse könnten der Strahlungsmedizin zu Gute kommen.

Elektronen in nichtleitenden Materialien könnte man Trägheit nachsagen. In der Regel bleiben sie an ihren Plätzen, tief im Inneren eines solchen Atomverbunds....

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Meeresschutz im Fokus: Das IASS auf der UN-Ozean-Konferenz in New York vom 5.-9. Juni

24.05.2017 | Veranstaltungen

Diabetes Kongress in Hamburg beginnt heute: Rund 6000 Teilnehmer werden erwartet

24.05.2017 | Veranstaltungen

Wissensbuffet: „All you can eat – and learn”

24.05.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

DFG fördert 15 neue Sonderforschungsbereiche (SFB)

26.05.2017 | Förderungen Preise

Lässt sich mit Boten-RNA das Immunsystem gegen Staphylococcus aureus scharf schalten?

26.05.2017 | Biowissenschaften Chemie

Unglaublich formbar: Lesen lernen krempelt Gehirn selbst bei Erwachsenen tiefgreifend um

26.05.2017 | Gesellschaftswissenschaften