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 Drei Generationen an Sternen unter einem Dach
27.07.2017 | ESO Science Outreach Network - Haus der Astronomie

nachricht Physiker designen ultrascharfe Pulse
27.07.2017 | Universität Innsbruck

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: Physiker designen ultrascharfe Pulse

Quantenphysiker um Oriol Romero-Isart haben einen einfachen Aufbau entworfen, mit dem theoretisch beliebig stark fokussierte elektromagnetische Felder erzeugt werden können. Anwendung finden könnte das neue Verfahren zum Beispiel in der Mikroskopie oder für besonders empfindliche Sensoren.

Mikrowellen, Wärmestrahlung, Licht und Röntgenstrahlung sind Beispiele für elektromagnetische Wellen. Für viele Anwendungen ist es notwendig, diese Strahlung...

Im Focus: Physicists Design Ultrafocused Pulses

Physicists working with researcher Oriol Romero-Isart devised a new simple scheme to theoretically generate arbitrarily short and focused electromagnetic fields. This new tool could be used for precise sensing and in microscopy.

Microwaves, heat radiation, light and X-radiation are examples for electromagnetic waves. Many applications require to focus the electromagnetic fields to...

Im Focus: Navigationssystem der Hirnzellen entschlüsselt

Das menschliche Gehirn besteht aus etwa hundert Milliarden Nervenzellen. Informationen zwischen ihnen werden über ein komplexes Netzwerk aus Nervenfasern übermittelt. Verdrahtet werden die meisten dieser Verbindungen vor der Geburt nach einem genetischen Bauplan, also ohne dass äußere Einflüsse eine Rolle spielen. Mehr darüber, wie das Navigationssystem funktioniert, das die Axone beim Wachstum leitet, haben jetzt Forscher des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) herausgefunden. Das berichten sie im Fachmagazin eLife.

Die Gesamtlänge des Nervenfasernetzes im Gehirn beträgt etwa 500.000 Kilometer, mehr als die Entfernung zwischen Erde und Mond. Damit es beim Verdrahten der...

Im Focus: Kohlenstoff-Nanoröhrchen verwandeln Strom in leuchtende Quasiteilchen

Starke Licht-Materie-Kopplung in diesen halbleitenden Röhrchen könnte zu elektrisch gepumpten Lasern führen

Auch durch Anregung mit Strom ist die Erzeugung von leuchtenden Quasiteilchen aus Licht und Materie in halbleitenden Kohlenstoff-Nanoröhrchen möglich....

Im Focus: Carbon Nanotubes Turn Electrical Current into Light-emitting Quasi-particles

Strong light-matter coupling in these semiconducting tubes may hold the key to electrically pumped lasers

Light-matter quasi-particles can be generated electrically in semiconducting carbon nanotubes. Material scientists and physicists from Heidelberg University...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

10. Uelzener Forum: Demografischer Wandel und Digitalisierung

26.07.2017 | Veranstaltungen

Clash of Realities 2017: Anmeldung jetzt möglich. Internationale Konferenz an der TH Köln

26.07.2017 | Veranstaltungen

2. Spitzentreffen »Industrie 4.0 live«

25.07.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Basis für neue medikamentöse Therapie bei Demenz

27.07.2017 | Biowissenschaften Chemie

Aus Potenzial Erfolge machen: 30 Rittaler schließen Nachqualifizierung erfolgreich ab

27.07.2017 | Unternehmensmeldung

Biochemiker entschlüsseln Zusammenspiel von Enzym-Domänen während der Katalyse

27.07.2017 | Biowissenschaften Chemie