Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Flüchtige Dreiecksbeziehung

28.06.2012
Physiker aus Marburg und den USA haben mittels Laserlicht ein neuartiges Halbleitersystem erforscht und dabei erstmals energetische Zustände erzeugt, die bisher nur aus der Atomphysik bekannt waren. Die Wissenschaftler um Professor Dr. Stephan Koch von der Philipps-Universität berichten über ihre Ergebnisse vorab in der Online-Ausgabe der angesehenen Fachzeitschrift „Physical Review Letters“.

„Die gezielte Anwendung von Terahertz-Strahlung gehört zu den jüngsten Entwicklungen der Laserphysik und hat in den letzten Jahren auf vielen Gebieten neue Einsichten ermöglicht“, konstatiert Koch, der als Seniorautor der Publikation firmiert. Terahertz-Strahlung wird zum Beispiel in sogenannten Nacktscannern verwendet, mit deren Hilfe man nicht nur unter Kleidung versteckte Waffen erkennen kann, sondern auch Fremdkörper in Schokolade, die Festigkeit von Sperrholz oder alte Meisterwerke unter jahrhundertealtem Kirchenverputz.

Doch nicht nur in der Industrie findet Terahertz-Strahlung vielfältige Anwendungen, sondern auch in der Grundlagenforschung, wie Koch deutlich macht: „Mit Hilfe von Terahertz-Spektroskopie lassen sich optische Anregungen in Halbleitermaterialien direkt beobachten und verändern; sie liefern damit völlig neue Einblicke in die elektronische Struktur von Halbleitern.“

Das Forscherteam führte seine Untersuchungen an sehr dünnen Schichten aus Gallium und Arsen aus, sogenannten Quantenfilmen, die sich zwischen hocheffizienten Spiegeln befinden – die Wissenschaftler sprechen von einer „Kavität“. „Durch die Anordnung der Spiegel bilden sich zwei anstatt einer Hauptabsorptionsfrequenz der Quantenfilme“, erläutert Koch. Vergleichbar ist dies mit zwei identisch gebauten Federpendeln: Schwingen beide unabhängig voneinander, pendeln sich beide auf die gleich Schwingfrequenz ein, die man Resonanzfrequenz nennt.

Verbindet man beide Pendel hingegen, zum Beispiel mit einer Feder, so bilden sich zwei neue Resonanzfrequenzen aus. In Quantenfilmen spricht man hier von exzitonischen Eigenzuständen, die durch die Spiegel in zwei neue aufgespalten werden. Diese neuen Zustände wurden von den Forschern optisch angeregt, um dann durch Anregung mit Terahertz-Strahlung in einen dritten energetischen Zustand gehoben zu werden.

„Da direkte Übergänge zwischen den beiden neuen Resonanzen physikalisch nicht erlaubt sind, bilden diese drei Zustände ein Lambda-System“, führt Koch aus; der Name leitet sich von der Form des griechischen Buchstaben Lambda Λ ab und illustriert die energetische Position der drei Zustände und deren erlaubte Übergänge. „Diese Art von Systemen war bisher nur aus der Atomphysik bekannt“, erklärt Mitautorin Andrea Klettke; „das von uns erforschte stellt eine völlig neuartige Realisation eines Lambda-Systems dar, da die unteren Zustände erst durch die Wechselwirkung des Laserlichts entstehen und nach wenigen Sekundenbruchteilen bereits wieder zerfallen.“

Die experimentelle Umsetzung gelang der Arbeitsgruppe von Professor Dr. Yun-Shik Lee an der Oregon State University in den USA; die Ergebnisse wurden von den Marburger Physikern Professor Dr. Stephan W. Koch, Professor Dr. Mackillo Kira und Andrea Klettke analysiert. Hierbei konnten die vermuteten Eigenschaften des Lambda-Systems auch theoretisch bestätigt werden.

Originalveröffentlichung: J. L. Tomaino & al.: „Terahertz Excitation of a Coherent Λ-Type Three-Level System of Exciton-Polariton Modes in a Quantum-Well Microcavoty“, Phys. Rev. Lett. 108, Seite 267402 (2012),

DOI: 10.1103/PhysRevLett.108.267402

Weitere Informationen:
Ansprechpartner: Professor Dr. Stephan Koch,
Theoretische Halbleiterphysik
Tel.: 06421 28-21336
E-Mail: stephan.w.koch@physik.uni-marburg.de
Hintergrundartikel zum Thema:
Theorierahmen für Quantenspektroskopie:
http://www.uni-marburg.de/aktuelles/news/2011/0918a
Resonanzen in der Terahertz-Strahlung:
http://www.uni-marburg.de/aktuelles/news/2009a/0330a
Halbleiter unter Terahertz-Strahlung:
http://www.uni-marburg.de/aktuelles/news/2007/1207o

Johannes Scholten | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-marburg.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Scharfe Röntgenblitze aus dem Atomkern
17.08.2017 | Max-Planck-Institut für Kernphysik, Heidelberg

nachricht Optische Technologien für schnellere Computer / „Licht“ mit Wespentaille
16.08.2017 | Universität Duisburg-Essen

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: Unterwasserroboter soll nach einem Jahr in der arktischen Tiefsee auftauchen

Am Dienstag, den 22. August wird das Forschungsschiff Polarstern im norwegischen Tromsø zu einer besonderen Expedition in die Arktis starten: Der autonome Unterwasserroboter TRAMPER soll nach einem Jahr Einsatzzeit am arktischen Tiefseeboden auftauchen. Dieses Gerät und weitere robotische Systeme, die Tiefsee- und Weltraumforscher im Rahmen der Helmholtz-Allianz ROBEX gemeinsam entwickelt haben, werden nun knapp drei Wochen lang unter Realbedingungen getestet. ROBEX hat das Ziel, neue Technologien für die Erkundung schwer erreichbarer Gebiete mit extremen Umweltbedingungen zu entwickeln.

„Auftauchen wird der TRAMPER“, sagt Dr. Frank Wenzhöfer vom Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) selbstbewusst. Der...

Im Focus: Mit Barcodes der Zellentwicklung auf der Spur

Darüber, wie sich Blutzellen entwickeln, existieren verschiedene Auffassungen – sie basieren jedoch fast ausschließlich auf Experimenten, die lediglich Momentaufnahmen widerspiegeln. Wissenschaftler des Deutschen Krebsforschungszentrums stellen nun im Fachjournal Nature eine neue Technik vor, mit der sich das Geschehen dynamisch erfassen lässt: Mithilfe eines „Zufallsgenerators“ versehen sie Blutstammzellen mit genetischen Barcodes und können so verfolgen, welche Zelltypen aus der Stammzelle hervorgehen. Diese Technik erlaubt künftig völlig neue Einblicke in die Entwicklung unterschiedlicher Gewebe sowie in die Krebsentstehung.

Wie entsteht die Vielzahl verschiedener Zelltypen im Blut? Diese Frage beschäftigt Wissenschaftler schon lange. Nach der klassischen Vorstellung fächern sich...

Im Focus: Fizzy soda water could be key to clean manufacture of flat wonder material: Graphene

Whether you call it effervescent, fizzy, or sparkling, carbonated water is making a comeback as a beverage. Aside from quenching thirst, researchers at the University of Illinois at Urbana-Champaign have discovered a new use for these "bubbly" concoctions that will have major impact on the manufacturer of the world's thinnest, flattest, and one most useful materials -- graphene.

As graphene's popularity grows as an advanced "wonder" material, the speed and quality at which it can be manufactured will be paramount. With that in mind,...

Im Focus: Forscher entwickeln maisförmigen Arzneimittel-Transporter zum Inhalieren

Er sieht aus wie ein Maiskolben, ist winzig wie ein Bakterium und kann einen Wirkstoff direkt in die Lungenzellen liefern: Das zylinderförmige Vehikel für Arzneistoffe, das Pharmazeuten der Universität des Saarlandes entwickelt haben, kann inhaliert werden. Professor Marc Schneider und sein Team machen sich dabei die körpereigene Abwehr zunutze: Makrophagen, die Fresszellen des Immunsystems, fressen den gesundheitlich unbedenklichen „Nano-Mais“ und setzen dabei den in ihm enthaltenen Wirkstoff frei. Bei ihrer Forschung arbeiteten die Pharmazeuten mit Forschern der Medizinischen Fakultät der Saar-Uni, des Leibniz-Instituts für Neue Materialien und der Universität Marburg zusammen Ihre Forschungsergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler in der Fachzeitschrift Advanced Healthcare Materials. DOI: 10.1002/adhm.201700478

Ein Medikament wirkt nur, wenn es dort ankommt, wo es wirken soll. Wird ein Mittel inhaliert, muss der Wirkstoff in der Lunge zuerst die Hindernisse...

Im Focus: Exotische Quantenzustände: Physiker erzeugen erstmals optische „Töpfe" für ein Super-Photon

Physikern der Universität Bonn ist es gelungen, optische Mulden und komplexere Muster zu erzeugen, in die das Licht eines Bose-Einstein-Kondensates fließt. Die Herstellung solch sehr verlustarmer Strukturen für Licht ist eine Voraussetzung für komplexe Schaltkreise für Licht, beispielsweise für die Quanteninformationsverarbeitung einer neuen Computergeneration. Die Wissenschaftler stellen nun ihre Ergebnisse im Fachjournal „Nature Photonics“ vor.

Lichtteilchen (Photonen) kommen als winzige, unteilbare Portionen vor. Viele Tausend dieser Licht-Portionen lassen sich zu einem einzigen Super-Photon...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

European Conference on Eye Movements: Internationale Tagung an der Bergischen Universität Wuppertal

18.08.2017 | Veranstaltungen

Einblicke ins menschliche Denken

17.08.2017 | Veranstaltungen

Eröffnung der INC.worX-Erlebniswelt während der Technologie- und Innovationsmanagement-Tagung 2017

16.08.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Eine Karte der Zellkraftwerke

18.08.2017 | Biowissenschaften Chemie

Chronische Infektionen aushebeln: Ein neuer Wirkstoff auf dem Weg in die Entwicklung

18.08.2017 | Biowissenschaften Chemie

Computer mit Köpfchen

18.08.2017 | Informationstechnologie