Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Quantenoptik in Halbleitern

01.09.2008
Marburger Halbleitertheoretiker entwickeln neues Konzept zum Nachweis starker Licht-Materie-Koppelseffekte.
Unter dem Titel: "Charakterisierung der starken Licht-Materiekopplung in Halbleiter-Quantenpunkt-Mikroresonatoren mittels

Photonenstatistikspektroskopie" veröffentlichten Stephan Koch, Mackillo Kira und Lukas Schneebeli heute ihre Ergebnisse in Physical Review Letters, der höchstrangigen Zeitschrift in diesem Bereich.

Die Marburger Halbleitertheoretiker haben ein neuartiges Konzept entwickelt, mit dem selbst in den experimentell bereits vorhandenen Systemen die echte quantenmechanische starke Kopplung nachgewiesen werden kann.

Teleportation und Verschränkung sind nur einige Beispiele der jüngsten spektakulären Erfolge quantenoptischer Untersuchungen mit kalten Atomgasen. "Für praktische Anwendungen, z.B. in der Quantenkommunikationstechnologie, der Quantenlogik oder dem Quantencomputer, ist es wünschenswert, derartige Effekte nicht nur in atomaren Systemen, sondern auch in Festkörpern, speziell in Halbleitern zu realisieren", sagt Professor Dr. Stephan Koch.

Eines der Schlüsselphänomene hierbei ist das Phänomen der starken Licht-Materie Kopplung. Diese Situation wird erreicht, wenn die Wechselwirkung so stark ist, dass die separate Identität der optischen und Materialresonanzen aufgehoben wird. Der definitive Nachweis der starken Kopplung, der zweifelsfrei eine echte quantenoptische Konstellation identifiziert, wird oft als der 'heilige Gral' der Quantenoptik angesehen.

In der Praxis bringt man geeignete Materie in einen Resonator hoher Güte, d.h. in eine hochwertig verspiegelte Umgebung, aus der das Licht nur schwer entweichen kann. Als Halbleitermaterialien kommen hierfür speziell so genannte Quantenpunkte in Frage, d.h. nanometergrosse Halbleiterstrukturen, in denen die Elektronen eingefangen sind und quantisierte Zustände annehmen.

In jüngster Zeit haben weltweit viele Forschungsgruppen versucht, derartige Quantenpunktsysteme in hochqualitativen Resonatoren herzustellen und zu vermessen. "Trotz all dieser Bemühungen steht der eindeutige Nachweis der starken Kopplung allerdings noch aus", sagt Professor Dr. Mackillo Kira.

Eines der Hauptprobleme bestehe darin, dass Quantenpunkte - im Gegensatz zu den Atomen in kalten Gasen - nicht einfach von ihren Umgebungseinflüssen isoliert werden können. Dadurch wird die Ankopplung an das Lichtfeld gestört, es kommt zu dem Effekt der Dephasierung, d.h. dem Verlust der genauen Information über die zeitliche Entwicklung der Signale. Effektiv verbreitert diese Dephasierung die optischen Resonanzen, so dass der Effekt der starken Kopplung entweder ganz verschwindet, oder zumindest nicht mehr einfach mit den üblichen Methoden nachgewiesen werden kann.

Zur Überwindung dieser Problematik haben die Marburger Halbleitertheoretiker, d.h. die Professoren Stephan Koch und Mackillo Kira gemeinsam mit ihrem Doktoranden Lukas Schneebeli ein neuartiges Konzept entwickelt, mit dem selbst in den experimentell bereits vorhandenen Systemen die echte quantenmechanische starke Kopplung nachgewiesen werden kann. Diese Ergebnisse wurden in dem Artikel "Characterization of strong light-matter coupling in semiconductor quantum-dot microcavities via photon-statistics spectroscopy" (Charakterisierung der starken Licht-Materie-Kopplung in Halbleiter-Quantenpunkt-Mikroresonatoren mittels Photonenstatistikspektroskopie), in der Fachzeitschrift 'Physical Review Letters' [Phys. Rev. Lett. 101, 097401 (2008)] veröffentlicht.

Die Autoren identifizieren die optimalen optischen Anregungsbedingungen (Lichtintensität und -frequenz) und zeigen, dass bei Messungen der so genannten Resonanzfluoreszenz, genau genommen der Statistik des von dem gekoppelten System spontan emittierten Lichtes, eine sehr starke Resonanz auftritt. Die experimentelle Beobachtung dieser Resonanz, die trotz der bereits erwähnten Depahsierungsprozesse relativ leicht möglich sein sollte, ist dann der definitiven Nachweis der echten quantenoptischen starken Kopplung.

Angeregt durch die Marburger Vorhersagen haben internationale Forschungsgruppen mit dem Aufbau der Experimente begonnen. "Es ist damit zu rechnen, dass diese in absehbarer Zeit zum gewünschten Erfolg führen sollten", hoffen die Marburger Physiker.

Weitere Informationen:
Prof. Stephan W. Koch
Fachbereich Physik der Philipps-Universität Marburg
Tel. 06421 28-21336,
E-Mail: Stephan.W.Koch@Physik.Uni-Marburg.de

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

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Planeten außerhalb unseres Sonnensystems: Bayreuther Forscher dringen tief ins Weltall vor
23.02.2017 | Universität Bayreuth

nachricht Kühler Zwerg und die sieben Planeten
23.02.2017 | ESO Science Outreach Network - Haus der Astronomie

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: „Vernetzte Autonome Systeme“ von acatech und DFKI auf der CeBIT

Auf der IT-Messe CeBIT vom 20. bis 24. März präsentieren acatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften und das Deutsche Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz (DFKI) in Kooperation mit der Deutschen Messe AG vernetzte Autonome Systeme. In Halle 12 am Stand B 63 erwarten die Besucherinnen und Besucher unter anderem Roboter, die Hand in Hand mit Menschen zusammenarbeiten oder die selbstständig gefährliche Umgebungen erkunden.

Auf der IT-Messe CeBIT vom 20. bis 24. März präsentieren acatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften und das Deutsche Forschungszentrum für...

Im Focus: Kühler Zwerg und die sieben Planeten

Erdgroße Planeten mit gemäßigtem Klima in System mit ungewöhnlich vielen Planeten entdeckt

In einer Entfernung von nur 40 Lichtjahren haben Astronomen ein System aus sieben erdgroßen Planeten entdeckt. Alle Planeten wurden unter Verwendung von boden-...

Im Focus: Mehr Sicherheit für Flugzeuge

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem totalen Triebwerksausfall zum Einsatz kommt, um den Piloten ein sicheres Gleiten zu einem Notlandeplatz zu ermöglichen, und ein Assistenzsystem für Segelflieger, das ihnen das Erreichen größerer Höhen erleichtert. Präsentiert werden sie von Prof. Dr.-Ing. Wolfram Schiffmann auf der Internationalen Fachmesse für Allgemeine Luftfahrt AERO vom 5. bis 8. April in Friedrichshafen.

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem...

Im Focus: HIGH-TOOL unterstützt Verkehrsplanung in Europa

Forschung am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) unterstützt die Europäische Kommission bei der Verkehrsplanung: Anhand des neuen Modells HIGH-TOOL lässt sich bewerten, wie verkehrspolitische Maßnahmen langfristig auf Wirtschaft, Gesellschaft und Umwelt wirken. HIGH-TOOL ist ein frei zugängliches Modell mit Modulen für Demografie, Wirtschaft und Ressourcen, Fahrzeugbestand, Nachfrage im Personen- und Güterverkehr sowie Umwelt und Sicherheit. An dem nun erfolgreich abgeschlossenen EU-Projekt unter der Koordination des KIT waren acht Partner aus fünf Ländern beteiligt.

Forschung am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) unterstützt die Europäische Kommission bei der Verkehrsplanung: Anhand des neuen Modells HIGH-TOOL lässt...

Im Focus: Zinn in der Photodiode: nächster Schritt zur optischen On-Chip-Datenübertragung

Schon lange suchen Wissenschaftler nach einer geeigneten Lösung, um optische Komponenten auf einem Computerchip zu integrieren. Doch Silizium und Germanium allein – die stoffliche Basis der Chip-Produktion – sind als Lichtquelle kaum geeignet. Jülicher Physiker haben nun gemeinsam mit internationalen Partnern eine Diode vorgestellt, die neben Silizium und Germanium zusätzlich Zinn enthält, um die optischen Eigenschaften zu verbessern. Das Besondere daran: Da alle Elemente der vierten Hauptgruppe angehören, sind sie mit der bestehenden Silizium-Technologie voll kompatibel.

Schon lange suchen Wissenschaftler nach einer geeigneten Lösung, um optische Komponenten auf einem Computerchip zu integrieren. Doch Silizium und Germanium...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Aufbruch: Forschungsmethoden in einer personalisierten Medizin

24.02.2017 | Veranstaltungen

Österreich erzeugt erstmals Erdgas aus Sonnen- und Windenergie

24.02.2017 | Veranstaltungen

Big Data Centrum Ostbayern-Südböhmen startet Veranstaltungsreihe

23.02.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Fraunhofer HHI auf dem Mobile World Congress mit VR- und 5G-Technologien

24.02.2017 | Messenachrichten

MWC 2017: 5G-Hauptstadt Berlin

24.02.2017 | Messenachrichten

Auf der molekularen Streckbank

24.02.2017 | Biowissenschaften Chemie