Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Halbleiter in Wechselwirkung mit intensiver Terahertzstrahlung

07.12.2007
Terahertz-Strahlung liegt im elektromagnetischen Spektrum zwischen der Infrarot- und Mikrowellen-Strahlung, sie ist also mit bloßem Auge nicht wahrnehmbar. Lange Zeit standen keine leistungsfähigen Sender und Empfänger im Wellenlängenbereich von Terahertz-Strahlung zur Verfügung.

Erst in den letzten Jahren gab es eine rasante Entwicklung der Terahertz-Technologie, die schon jetzt vielfältige Anwendungen hervorbringt. Besondere Erwähnung verdient die so genannte Terahertz-Spektroskopie: Dies ist eine Analysemethode, bei der man ausnutzt, dass viele Materialien mit elektromagnetischer Strahlung besonders effektiv im Terahertz-Bereich wechselwirken. Mit Hilfe dieser Methode kann z.B. die Zusammensetzung organischer Stoffe und biologischer Systeme effizienter als bisher analysiert werden oder in der Medizin die Schwere von Verbrennungen diagnostiziert werden. Da Terahertz-Strahlung Plastik und Textil problemlos durchdringt, sind auch Anwendungen im Bereich der Sicherheitstechnik möglich, bei denen z.B. Menschen in Flughäfen - ohne Risiko - nach verborgenen Sprengsätzen oder Waffen durchsucht werden.

Vor einigen Jahren haben Prof. Dr. Stephan W. Koch und sein Team an der Philipps-Universität Marburg vorgeschlagen, die Terahertz-Spektroskopie zur Untersuchung so genannter Exzitonen in Halbleitern einzusetzen, um z.B. zu untersuchen, wie Lichterzeugung in Halbleiterdioden genau funktioniert. Ihre theoretischen Untersuchungen zeigten, was inzwischen von Experimenten bestätigt wurde, dass es Terahertz-Strahlung erlaubt, diese Exzitonen gewissermaßen "direkt" zu beobachten, was mit herkömmlichen Methoden nicht möglich war. In einem Artikel, der in der renommierten Fachzeitschrift Physical Review Letters veröffentlicht wurde, gehen die Marburger Physiker jetzt einen Schritt weiter. Dort zeigen sie, dass sich Terahertz-Strahlung nicht nur zur Beobachtung von Exzitonen, sondern auch zu deren Manipulation einsetzen lässt. Zu dieser Erkenntnis kommen sie durch den Vergleich theoretischer Ergebnisse mit einem Experiment, das von Prof. Dr. Yun-Shik Lee von der amerikanischen University of Oregon in Corvallis durchgeführt wurde. Zurzeit verbringt Professor Lee im Rahmen eines Stipendiums der Humboldt-Stiftung einen einjährigen Forschungsaufenthalt in Marburg und arbeitet intensiv mit der experimentellen und theoretischen Halbleiterphysik an gemeinsamen Projekten.

Mit Exzitonen in Halbleitern (von engl. "excitation" - "Anregung", da sie erst nach Anregung durch bestimmtes Laserlicht entstehen) bezeichnet man die Kombination von einem negativ geladenen Elektron und einem positiv geladenen "Loch", die aufgrund der anziehenden Wechselwirkung zwischen unterschiedlichen Ladungen ein gebundenes Paar bilden. Ein solches Exziton verhält sich im Prinzip wie ein Wasserstoffatom, bei dem ein negativ geladenes Elektron von einem positiv geladenen Kern angezogen wird. Wie beim Wasserstoffatom - man denke an das Schalenmodell aus dem Chemie-Unterricht - darf die Energie des Exzitons unterschiedliche, aber nur ganz bestimmte Werte annehmen. Befindet sich das Elektron sozusagen auf der ersten Schale (also nahe am Loch), so hat es eine niedrige Energie; auf der zweiten entsprechend eine höhere usw. Die Energie, die nötig ist, um einen Elektron in eine höhere Schale anzuheben (man spricht von einem "Übergang"), liegt gerade im Terahertz-Bereich.

Die Tatsache, dass Terahertz-Strahlung auf diese Exzitonen-Übergänge "abgestimmt" ist, lässt sich ausnutzen, um Exzitonen mit schwachen Terahertz Lichtpulsen nachzuweisen und deren Verhalten zu beobachten. In dem untersuchten Experiment wurden nun aber starke, extrem kurze Terahertz Lichtpulse eingesetzt, deren hohe Intensität ausreicht, solche Übergänge zwischen verschiedenen Energieniveaus gezielt zu verursachen, d.h. die Schalenkonfiguration zu verändern. Diese Vorgänge äußern sich im Experiment indirekt in einer messbaren Veränderung der optischen Eigenschaften des Halbleitermaterials. Durch die theoretische Modellierung des Experimentes ist es den Marburger Physikern gelungen, die Ergebnisse der Messung genau zu reproduzieren und unter anderem solchen Exzitonen-Übergängen zuzuordnen. Besonders am Experiment ist auch, dass die Messungen "zeitaufgelöst" erfolgen, d.h. die Prozesse können auf extrem kurzer Zeitskala und daher sehr detailliert verfolgt werden.

Bisherige Anwendungen der Terahertz-Technologie, wie die oben genannte Terahertz-Spektroskopie, verwenden Strahlung geringer Intensität, die ausreicht um bestimmte Materialien zu "scannen", aber nicht um deren Eigenschaften zu verändern. Es sind aber auch verschiedene Anwendungen für die Verwendung starker Terahertz Strahlung denkbar z.B. in der Informationstechnologie: Gelänge es, die Übergänge in einem System mit zwei Energieniveaus mit Terahertz-Licht gezielt und sicher zu steuern, so könnten solche Exzitonen-Übergänge als so genannte Qubits theoretisch in einem Quantencomputer verwendet werden. Gerade im Hinblick auf solche Anwendungsmöglichkeiten ist ein besseres Verständnis der grundlegenden Wechselwirkungsprozesse wünschenswert.

Dr. Viola Düwert | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-marburg.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Heiß & kalt – Gegensätze ziehen sich an
25.04.2017 | Universität Wien

nachricht Astronomen-Team findet Himmelskörper mit „Schmauchspuren“
25.04.2017 | Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn

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: TU Chemnitz präsentiert weltweit einzigartige Pilotanlage für nachhaltigen Leichtbau

Wickelprinzip umgekehrt: Orbitalwickeltechnologie soll neue Maßstäbe in der großserientauglichen Fertigung komplexer Strukturbauteile setzen

Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter des Bundesexzellenzclusters „Technologiefusion für multifunktionale Leichtbaustrukturen" (MERGE) und des Instituts für...

Im Focus: Smart Wireless Solutions: EU-Großprojekt „DEWI“ liefert Innovationen für eine drahtlose Zukunft

58 europäische Industrie- und Forschungspartner aus 11 Ländern forschten unter der Leitung des VIRTUAL VEHICLE drei Jahre lang, um Europas führende Position im Bereich Embedded Systems und dem Internet of Things zu stärken. Die Ergebnisse von DEWI (Dependable Embedded Wireless Infrastructure) wurden heute in Graz präsentiert. Zu sehen war eine Fülle verschiedenster Anwendungen drahtloser Sensornetzwerke und drahtloser Kommunikation – von einer Forschungsrakete über Demonstratoren zur Gebäude-, Fahrzeug- oder Eisenbahntechnik bis hin zu einem voll vernetzten LKW.

Was vor wenigen Jahren noch nach Science-Fiction geklungen hätte, ist in seinem Ansatz bereits Wirklichkeit und wird in Zukunft selbstverständlicher Teil...

Im Focus: Weltweit einzigartiger Windkanal im Leipziger Wolkenlabor hat Betrieb aufgenommen

Am Leibniz-Institut für Troposphärenforschung (TROPOS) ist am Dienstag eine weltweit einzigartige Anlage in Betrieb genommen worden, mit der die Einflüsse von Turbulenzen auf Wolkenprozesse unter präzise einstellbaren Versuchsbedingungen untersucht werden können. Der neue Windkanal ist Teil des Leipziger Wolkenlabors, in dem seit 2006 verschiedenste Wolkenprozesse simuliert werden. Unter Laborbedingungen wurden z.B. das Entstehen und Gefrieren von Wolken nachgestellt. Wie stark Luftverwirbelungen diese Prozesse beeinflussen, konnte bisher noch nicht untersucht werden. Deshalb entstand in den letzten Jahren eine ergänzende Anlage für rund eine Million Euro.

Die von dieser Anlage zu erwarteten neuen Erkenntnisse sind wichtig für das Verständnis von Wetter und Klima, wie etwa die Bildung von Niederschlag und die...

Im Focus: Nanoskopie auf dem Chip: Mikroskopie in HD-Qualität

Neue Erfindung der Universitäten Bielefeld und Tromsø (Norwegen)

Physiker der Universität Bielefeld und der norwegischen Universität Tromsø haben einen Chip entwickelt, der super-auflösende Lichtmikroskopie, auch...

Im Focus: Löschbare Tinte für den 3-D-Druck

Im 3-D-Druckverfahren durch Direktes Laserschreiben können Mikrometer-große Strukturen mit genau definierten Eigenschaften geschrieben werden. Forscher des Karlsruher Institus für Technologie (KIT) haben ein Verfahren entwickelt, durch das sich die 3-D-Tinte für die Drucker wieder ‚wegwischen‘ lässt. Die bis zu hundert Nanometer kleinen Strukturen lassen sich dadurch wiederholt auflösen und neu schreiben - ein Nanometer entspricht einem millionstel Millimeter. Die Entwicklung eröffnet der 3-D-Fertigungstechnik vielfältige neue Anwendungen, zum Beispiel in der Biologie oder Materialentwicklung.

Beim Direkten Laserschreiben erzeugt ein computergesteuerter, fokussierter Laserstrahl in einem Fotolack wie ein Stift die Struktur. „Eine Tinte zu entwickeln,...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Internationaler Tag der Immunologie - 29. April 2017

28.04.2017 | Veranstaltungen

Kampf gegen multiresistente Tuberkulose – InfectoGnostics trifft MYCO-NET²-Partner in Peru

28.04.2017 | Veranstaltungen

123. Internistenkongress: Traumata, Sprachbarrieren, Infektionen und Bürokratie – Herausforderungen

27.04.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Über zwei Millionen für bessere Bordnetze

28.04.2017 | Förderungen Preise

Symbiose-Bakterien: Vom blinden Passagier zum Leibwächter des Wollkäfers

28.04.2017 | Biowissenschaften Chemie

Wie Pflanzen ihre Zucker leitenden Gewebe bilden

28.04.2017 | Biowissenschaften Chemie