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 Gravitationswellen als Sensor für Dunkle Materie
06.12.2016 | Max-Planck-Institut für Kernphysik

nachricht Neue Perspektiven durch gespiegelte Systeme
05.12.2016 | Friedrich-Schiller-Universität Jena

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: Gravitationswellen als Sensor für Dunkle Materie

Die mit der Entdeckung von Gravitationswellen entstandene neue Disziplin der Gravitationswellen-Astronomie bekommt eine weitere Aufgabe: die Suche nach Dunkler Materie. Diese könnte aus einem Bose-Einstein-Kondensat sehr leichter Teilchen bestehen. Wie Rechnungen zeigen, würden Gravitationswellen gebremst, wenn sie durch derartige Dunkle Materie laufen. Dies führt zu einer Verspätung von Gravitationswellen relativ zu Licht, die bereits mit den heutigen Detektoren messbar sein sollte.

Im Universum muss es gut fünfmal mehr unsichtbare als sichtbare Materie geben. Woraus diese Dunkle Materie besteht, ist immer noch unbekannt. Die...

Im Focus: Significantly more productivity in USP lasers

In recent years, lasers with ultrashort pulses (USP) down to the femtosecond range have become established on an industrial scale. They could advance some applications with the much-lauded “cold ablation” – if that meant they would then achieve more throughput. A new generation of process engineering that will address this issue in particular will be discussed at the “4th UKP Workshop – Ultrafast Laser Technology” in April 2017.

Even back in the 1990s, scientists were comparing materials processing with nanosecond, picosecond and femtosesecond pulses. The result was surprising:...

Im Focus: Wie sich Zellen gegen Salmonellen verteidigen

Bioinformatiker der Goethe-Universität haben das erste mathematische Modell für einen zentralen Verteidigungsmechanismus der Zelle gegen das Bakterium Salmonella entwickelt. Sie können ihren experimentell arbeitenden Kollegen damit wertvolle Anregungen zur Aufklärung der beteiligten Signalwege geben.

Jedes Jahr sind Salmonellen weltweit für Millionen von Infektionen und tausende Todesfälle verantwortlich. Die Körperzellen können sich aber gegen die...

Im Focus: Shape matters when light meets atom

Mapping the interaction of a single atom with a single photon may inform design of quantum devices

Have you ever wondered how you see the world? Vision is about photons of light, which are packets of energy, interacting with the atoms or molecules in what...

Im Focus: Greifswalder Forscher dringen mit superauflösendem Mikroskop in zellulären Mikrokosmos ein

Das Institut für Anatomie und Zellbiologie weiht am Montag, 05.12.2016, mit einem wissenschaftlichen Symposium das erste Superresolution-Mikroskop in Greifswald ein. Das Forschungsmikroskop wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und dem Land Mecklenburg-Vorpommern finanziert. Nun können die Greifswalder Wissenschaftler Strukturen bis zu einer Größe von einigen Millionstel Millimetern mittels Laserlicht sichtbar machen.

Weit über hundert Jahre lang galt die von Ernst Abbe 1873 publizierte Theorie zur Auflösungsgrenze von Lichtmikroskopen als ein in Stein gemeißeltes Gesetz....

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Wie aus reinen Daten ein verständliches Bild entsteht

05.12.2016 | Veranstaltungen

Von „Coopetition“ bis „Digitale Union“ – Die Fertigungsindustrien im digitalen Wandel

02.12.2016 | Veranstaltungen

Experten diskutieren Perspektiven schrumpfender Regionen

01.12.2016 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Weiterbildung zu statistischen Methoden in der Versuchsplanung und -auswertung

06.12.2016 | Seminare Workshops

Bund fördert Entwicklung sicherer Schnellladetechnik für Hochleistungsbatterien mit 2,5 Millionen

06.12.2016 | Förderungen Preise

Innovationen für eine nachhaltige Forstwirtschaft

06.12.2016 | Agrar- Forstwissenschaften