Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Marburger Physiker arbeiten an Halbleiter-Exzitonen im Terahertz-Licht

18.12.2008
Die Terahertz-Technologie hat sich in den letzten Jahren schnell weiterentwickelt und vielfältige Anwendungen hervorgebracht.

Zum Beispiel verwenden die zur Zeit öffentlich diskutierten "Nackt"-Scanner, die im Rahmen der Flugsicherheit eingesetzt werden sollen, elektromagnetische Strahlung im Terahertz-Bereich, um verborgene Waffen oder andere illegale Gegenstände bei Passagieren vor dem Betreten des Flugzeuges aufzuspüren.

Doch die Terahertz-Forschung ist nicht nur für die Entwicklung von technischen Anwendungen, sondern auch für die Untersuchung grundlegender Fragestellungen in der Physik von großer Bedeutung: So lassen sich mit Hilfe optischer Experimente im Terahertz-Bereich fundamentale physikalische Anregungen in Halbleitern untersuchen.

In Halbleitern sind die sogenannten Exzitonen (von engl. "excitation"-"Anregung") von besonderer Bedeutung. Diese bestehen aus einem negativ geladenen Elektron im Leitungsband und einem positiv geladenen "Loch", also einer Leerstelle im Valenzband, die aufgrund der anziehenden Wechselwirkung ein gebundenes Paar bilden, das man sich analog zum Wasserstoffatom vorstellen kann. Exzitonen entstehen durch die Anregung von Halbleitern mit Licht oder elektrischem Strom und sie können unter Abstrahlung von Licht rekombinieren, d.h. das Elektron fällt in das "Loch" zurück.

Diesen Mechanismus macht man sich z.B. bei der Leuchtdioden-Technologie zunutze. Nun gibt es aber bestimmte Halbleiter-Materialien, bei denen die Exzitonen nicht unter Abstrahlung von Licht rekombinieren können, wodurch diese sogenannten "optisch-dunklen" Exzitonen eine besonders lange Lebensdauer haben. Dies macht sie zu potentiellen Kandidaten für die Bose-Einstein-Kondensation von Exzitonen, dem Übergang in einen makroskopischen Quantenzustand der bei Atomen bereits beobachtet wurde bei Exzitonen allerdings noch nicht. Gerade weil die Exzitonen "optisch dunkel" sind, lassen sie sich aber experimentell nicht mit sichtbarem Licht untersuchen. Für Licht aus dem Terahertz-Bereich gilt diese Einschränkung jedoch nicht.

Forschern der Universität Konstanz in der Arbeitsgruppe von Rubert Hupert und der Freien Universität Berlin in der Arbeitsgruppe von Martin Wolf ist es nun in einem Experiment gelungen, optisch-dunkle Exzitonen in Kupferoxidul-Halbleitern mit Terahertz Strahlung gezielt zu manipulieren. Das Experiment konnte von den Marburger Physikern Professor Stephan W. Koch, Professor Mackillo Kira und Dr. Johannes Steiner theoretisch modelliert werden, wobei sich zeigte, dass die im Experiment verwendeten starken Terahertz-Impulse interne Übergänge zwischen den unterschiedlichen Energieniveaus der Exzitonen bewirken.

Die Ergebnisse wurden in dem Artikel "Terahertz Coherent Control of Optically Dark Paraexcitons in (Kohärente Terahertz-Kontrolle von optisch dunklen Para-Exzitonen in der Fachzeitschrift Physical Review Letters [Phys. Rev. Lett. 101, 246401 (2008)] veröffentlicht. Die Arbeit gibt Aufschluss über die interne Struktur der Exzitonen und zeigt neue Möglichkeiten auf, wie sich ein gewünschter Quantenzustand mit Terahertz-Licht gezielt herbeiführen lässt. Insbesondere zeigt sich, dass Terahertz-Licht auch auf einer mikroskopischen Ebene Strukturen aufdeckt, die bei herkömmlichen Untersuchungsmethoden verborgen bleiben.

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

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Von photonischen Nanoantennen zu besseren Spielekonsolen
20.07.2017 | Friedrich-Schiller-Universität Jena

nachricht Tauchgang in einen Magneten
20.07.2017 | Paul Scherrer Institut (PSI)

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: Molekulares Lego

Sie können ihre Farbe wechseln, ihren Spin verändern oder von fest zu flüssig wechseln: Eine bestimmte Klasse von Polymeren besitzt faszinierende Eigenschaften. Wie sie das schaffen, haben Forscher der Uni Würzburg untersucht.

Bei dieser Arbeit handele es sich um ein „Hot Paper“, das interessante und wichtige Aspekte einer neuen Polymerklasse behandelt, die aufgrund ihrer Vielfalt an...

Im Focus: Das Universum in einem Kristall

Dresdener Forscher haben in Zusammenarbeit mit einem internationalen Forscherteam einen unerwarteten experimentellen Zugang zu einem Problem der Allgemeinen Realitätstheorie gefunden. Im Fachmagazin Nature berichten sie, dass es ihnen in neuartigen Materialien und mit Hilfe von thermoelektrischen Messungen gelungen ist, die Schwerkraft-Quantenanomalie nachzuweisen. Erstmals konnten so Quantenanomalien in simulierten Schwerfeldern an einem realen Kristall untersucht werden.

In der Physik spielen Messgrößen wie Energie, Impuls oder elektrische Ladung, welche ihre Erscheinungsform zwar ändern können, aber niemals verloren gehen oder...

Im Focus: Manipulation des Elektronenspins ohne Informationsverlust

Physiker haben eine neue Technik entwickelt, um auf einem Chip den Elektronenspin mit elektrischen Spannungen zu steuern. Mit der neu entwickelten Methode kann der Zerfall des Spins unterdrückt, die enthaltene Information erhalten und über vergleichsweise grosse Distanzen übermittelt werden. Das zeigt ein Team des Departement Physik der Universität Basel und des Swiss Nanoscience Instituts in einer Veröffentlichung in Physical Review X.

Seit einigen Jahren wird weltweit untersucht, wie sich der Spin des Elektrons zur Speicherung und Übertragung von Information nutzen lässt. Der Spin jedes...

Im Focus: Manipulating Electron Spins Without Loss of Information

Physicists have developed a new technique that uses electrical voltages to control the electron spin on a chip. The newly-developed method provides protection from spin decay, meaning that the contained information can be maintained and transmitted over comparatively large distances, as has been demonstrated by a team from the University of Basel’s Department of Physics and the Swiss Nanoscience Institute. The results have been published in Physical Review X.

For several years, researchers have been trying to use the spin of an electron to store and transmit information. The spin of each electron is always coupled...

Im Focus: Das Proton präzise gewogen

Wie schwer ist ein Proton? Auf dem Weg zur möglichst exakten Kenntnis dieser fundamentalen Konstanten ist jetzt Wissenschaftlern aus Deutschland und Japan ein wichtiger Schritt gelungen. Mit Präzisionsmessungen an einem einzelnen Proton konnten sie nicht nur die Genauigkeit um einen Faktor drei verbessern, sondern auch den bisherigen Wert korrigieren.

Die Masse eines einzelnen Protons noch genauer zu bestimmen – das machen die Physiker um Klaus Blaum und Sven Sturm vom Max-Planck-Institut für Kernphysik in...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Operatortheorie im Fokus

20.07.2017 | Veranstaltungen

Technologietag der Fraunhofer-Allianz Big Data: Know-how für die Industrie 4.0

18.07.2017 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - September 2017

17.07.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

1,4 Millionen Euro für Forschungsprojekte im Industrie 4.0-Kontext

20.07.2017 | Förderungen Preise

Von photonischen Nanoantennen zu besseren Spielekonsolen

20.07.2017 | Physik Astronomie

Bildgebung von entstehendem Narbengewebe

20.07.2017 | Biowissenschaften Chemie