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 Vermeintlich junger Stern entpuppt sich als galaktischer Greis
16.01.2017 | Ruhr-Universität Bochum

nachricht Laser-Metronom ermöglicht Rekord-Synchronisation
12.01.2017 | Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY

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: Mit solaren Gebäudehüllen Architektur gestalten

Solarthermie ist in der breiten Öffentlichkeit derzeit durch dunkelblaue, rechteckige Kollektoren auf Hausdächern besetzt. Für ästhetisch hochwertige Architektur werden Technologien benötigt, die dem Architekten mehr Gestaltungsspielraum für Niedrigst- und Plusenergiegebäude geben. Im Projekt »ArKol« entwickeln Forscher des Fraunhofer ISE gemeinsam mit Partnern aktuell zwei Fassadenkollektoren für solare Wärmeerzeugung, die ein hohes Maß an Designflexibilität erlauben: einen Streifenkollektor für opake sowie eine solarthermische Jalousie für transparente Fassadenanteile. Der aktuelle Stand der beiden Entwicklungen wird auf der BAU 2017 vorgestellt.

Im Projekt »ArKol – Entwicklung von architektonisch hoch integrierten Fassadekollektoren mit Heat Pipes« entwickelt das Fraunhofer ISE gemeinsam mit Partnern...

Im Focus: Designing Architecture with Solar Building Envelopes

Among the general public, solar thermal energy is currently associated with dark blue, rectangular collectors on building roofs. Technologies are needed for aesthetically high quality architecture which offer the architect more room for manoeuvre when it comes to low- and plus-energy buildings. With the “ArKol” project, researchers at Fraunhofer ISE together with partners are currently developing two façade collectors for solar thermal energy generation, which permit a high degree of design flexibility: a strip collector for opaque façade sections and a solar thermal blind for transparent sections. The current state of the two developments will be presented at the BAU 2017 trade fair.

As part of the “ArKol – development of architecturally highly integrated façade collectors with heat pipes” project, Fraunhofer ISE together with its partners...

Im Focus: Mit Bindfaden und Schere - die Chromosomenverteilung in der Meiose

Was einmal fest verbunden war sollte nicht getrennt werden? Nicht so in der Meiose, der Zellteilung in der Gameten, Spermien und Eizellen entstehen. Am Anfang der Meiose hält der ringförmige Proteinkomplex Kohäsin die Chromosomenstränge, auf denen die Bauanleitung des Körpers gespeichert ist, zusammen wie ein Bindfaden. Damit am Ende jede Eizelle und jedes Spermium nur einen Chromosomensatz erhält, müssen die Bindfäden aufgeschnitten werden. Forscher vom Max-Planck-Institut für Biochemie zeigen in der Bäckerhefe wie ein auch im Menschen vorkommendes Kinase-Enzym das Aufschneiden der Kohäsinringe kontrolliert und mit dem Austritt aus der Meiose und der Gametenbildung koordiniert.

Warum sehen Kinder eigentlich ihren Eltern ähnlich? Die meisten Zellen unseres Körpers sind diploid, d.h. sie besitzen zwei Kopien von jedem Chromosom – eine...

Im Focus: Der Klang des Ozeans

Umfassende Langzeitstudie zur Geräuschkulisse im Südpolarmeer veröffentlicht

Fast drei Jahre lang haben AWI-Wissenschaftler mit Unterwasser-Mikrofonen in das Südpolarmeer hineingehorcht und einen „Chor“ aus Walen und Robben vernommen....

Im Focus: Wie man eine 80t schwere Betonschale aufbläst

An der TU Wien wurde eine Alternative zu teuren und aufwendigen Schalungen für Kuppelbauten entwickelt, die nun in einem Testbauwerk für die ÖBB-Infrastruktur umgesetzt wird.

Die Schalung für Kuppelbauten aus Beton ist normalerweise aufwändig und teuer. Eine mögliche kostengünstige und ressourcenschonende Alternative bietet die an...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Aquakulturen und Fangquoten – was hilft gegen Überfischung?

16.01.2017 | Veranstaltungen

14. BF21-Jahrestagung „Mobilität & Kfz-Versicherung im Fokus“

12.01.2017 | Veranstaltungen

Leipziger Biogas-Fachgespräch lädt zum "Branchengespräch Biogas2020+" nach Nossen

11.01.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Weltweit erste Solarstraße in Frankreich eingeweiht

16.01.2017 | Energie und Elektrotechnik

Proteinforschung: Der Computer als Mikroskop

16.01.2017 | Biowissenschaften Chemie

Vermeintlich junger Stern entpuppt sich als galaktischer Greis

16.01.2017 | Physik Astronomie