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 Highlight der Halbleiter-Forschung
20.02.2018 | Technische Universität Chemnitz

nachricht Beobachtung und Kontrolle ultraschneller Prozesse mit Attosekunden-Auflösung
20.02.2018 | Technische Universität München

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: Innovation im Leichtbaubereich: Belastbares Sandwich aus Aramid und Carbon

Die Entwicklung von Leichtbaustrukturen ist eines der zentralen Zukunftsthemen unserer Gesellschaft. Besonders in der Luftfahrtindustrie und in anderen Transportbereichen sind Leichtbaustrukturen gefragt. Sie ermöglichen Energieeinsparungen und reduzieren den Ressourcenverbrauch bei Treibstoffen und Material. Zum Einsatz kommen dabei Verbundmaterialien in der so genannten Sandwich-Bauweise. Diese bestehen aus zwei dünnen, steifen und hochfesten Deckschichten mit einer dazwischen liegenden dicken, vergleichsweise leichten und weichen Mittelschicht, dem Sandwich-Kern.

Aramidpapier ist ein etabliertes Material für solche Sandwichkerne. Sein mechanisches Strukturversagen ist jedoch noch unzureichend erforscht: Bislang fehlten...

Im Focus: Die Brücke, die sich dehnen kann

Brücken verformen sich, daher baut man normalerweise Dehnfugen ein. An der TU Wien wurde eine Technik entwickelt, die ohne Fugen auskommt und dadurch viel Geld und Aufwand spart.

Wer im Auto mit flottem Tempo über eine Brücke fährt, spürt es sofort: Meist rumpelt man am Anfang und am Ende der Brücke über eine Dehnfuge, die dort...

Im Focus: Eine Frage der Dynamik

Die meisten Ionenkanäle lassen nur eine ganz bestimmte Sorte von Ionen passieren, zum Beispiel Natrium- oder Kaliumionen. Daneben gibt es jedoch eine Reihe von Kanälen, die für beide Ionensorten durchlässig sind. Wie den Eiweißmolekülen das gelingt, hat jetzt ein Team um die Wissenschaftlerin Han Sun (FMP) und die Arbeitsgruppe von Adam Lange (FMP) herausgefunden. Solche nicht-selektiven Kanäle besäßen anders als die selektiven eine dynamische Struktur ihres Selektivitätsfilters, berichten die FMP-Forscher im Fachblatt Nature Communications. Dieser Filter könne zwei unterschiedliche Formen ausbilden, die jeweils nur eine der beiden Ionensorten passieren lassen.

Ionenkanäle sind für den Organismus von herausragender Bedeutung. Wenn zum Beispiel Sinnesreize wahrgenommen, ans Gehirn weitergeleitet und dort verarbeitet...

Im Focus: In best circles: First integrated circuit from self-assembled polymer

For the first time, a team of researchers at the Max-Planck Institute (MPI) for Polymer Research in Mainz, Germany, has succeeded in making an integrated circuit (IC) from just a monolayer of a semiconducting polymer via a bottom-up, self-assembly approach.

In the self-assembly process, the semiconducting polymer arranges itself into an ordered monolayer in a transistor. The transistors are binary switches used...

Im Focus: Erste integrierte Schaltkreise (IC) aus Plastik

Erstmals ist es einem Forscherteam am Max-Planck-Institut (MPI) für Polymerforschung in Mainz gelungen, einen integrierten Schaltkreis (IC) aus einer monomolekularen Schicht eines Halbleiterpolymers herzustellen. Dies erfolgte in einem sogenannten Bottom-Up-Ansatz durch einen selbstanordnenden Aufbau.

In diesem selbstanordnenden Aufbauprozess ordnen sich die Halbleiterpolymere als geordnete monomolekulare Schicht in einem Transistor an. Transistoren sind...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - April 2018

21.02.2018 | Veranstaltungen

Tag der Seltenen Erkrankungen – Deutsche Leberstiftung informiert über seltene Lebererkrankungen

21.02.2018 | Veranstaltungen

Digitalisierung auf dem Prüfstand: Hochkarätige Konferenz zu Empowerment in der agilen Arbeitswelt

20.02.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Kameratechnologie in Fahrzeugen: Bilddaten latenzarm komprimiert

21.02.2018 | Messenachrichten

Mit grüner Chemie gegen Malaria

21.02.2018 | Biowissenschaften Chemie

Periimplantitis: BMBF fördert zahnärztliches Verbund-Projekt mit 1,1 Millionen Euro

21.02.2018 | Förderungen Preise

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics