Quantenspektroskopie-Untersuchungen an Halbleiternanostrukturen
| Autor: | Mootz, Martin |
|---|---|
| Přispěvatelé: | Kira, Mackillo (Prof. Dr.) |
| Jazyk: | angličtina |
| Rok vydání: | 2014 |
| Předmět: |
Quasiteilchen
low-dimensional semiconductors quantum spectroscopy Halbleiter Quantenspektroskopie Niederdimensionaler Halbleiter semiconductor quantum optics Theoretische Physik Optische Eigenschaft many-body theory Halbleiterquantenoptik quasiparticle Dropleton Vielteilchentheorie 2014 Physik Physics -- Physik -- Photoluminescence properties and materials -- -- Semiconductors -- Quantum fluctuations quantum noise and quantum jumps -- Theories and models of many-electron systems ddc:530 |
| DOI: | 10.17192/z2014.0407 |
| Popis: | Quantum spectroscopy utilizes the quantum fluctuations of the light source to characterize and control matter. More specifically, desired many-body states can be directly excited to the semiconductor by adjusting light source's quantum fluctuations. The method is experimentally realizable by projecting an extensive set of classical measurements into a quantum-optical response resulting from any possible quantum source. In this work, quantum spectroscopy is used to identify new classes of many-body states and quantum processes in semiconductor nanostructures. In the first part of this Thesis, the optical properties of semiconductor quantum wells are analyzed with quantum spectroscopy by projecting high-precision optical measurements into quantum-optical responses. It is shown that quantum spectroscopy can characterize the properties of specific stable electron-hole cluster – called quasiparticles – much more sensitively than traditional ultrafast laser spectroscopy. In particular, unambiguous evidence is demonstrated for the identification of a new highly correlated quasiparticle in direct-gap Galliumarsenide quantum wells, the dropleton, that is a quantum droplet consisting of four-to-seven electron-hole pairs. To determine the detectable excitation energetics of such correlated quasiparticles in optically excited semiconductor quantum wells, a new theoretical framework is presented which allows for the computation of the excitation spectrum based on a pair-correlation function formulation of the quasiparticle state. Another study in this Thesis deals with the emission properties of optically pumped quantum-dot microcavities. Experimental and theoretical evidence is shown for a new intriguing quantum-memory effect that is controllable by adjusting pump source's quantum fluctuations. The last part of this Thesis presents a fundamental study about the general applicability of quantum spectroscopy in dissipative systems. Quantenspektroskopie nutzt die Quantenfluktuationen der Lichtquelle, um die Quantendynamik in Festkörpern zu charakterisieren und zu kontrollieren. Dabei können Vielteilchenzustände durch Anpassung der Quantenfluktuationen der Lichtquelle direkt angeregt werden. Die Quantenspektroskopie lässt sich experimentell realisieren, indem umfangreiche klassische Messungen auf die quantenoptische Antwort, resultierend von einer beliebigen Quantenlichtquelle, projiziert werden. In dieser Arbeit wird die Quantenspektroskopie angewendet, um neue Klassen von Vielteilchen-Quantenzuständen und Prozessen in Halbleiternanostrukturen zu identifizieren. Der erste Teil dieser Arbeit setzt sich mit der Analyse der optischen Eigenschaften von Halbleiterquantenfilmen auseinander, indem hochpräzise optische Messungen auf die quantenoptische Antwort projiziert werden. Es wird gezeigt, dass die Quantenspektroskopie die Eigenschaften von bestimmten stabilen Elektron-Loch-Clustern – sogenannten Quasiteilchen – wesentlich genauer charakterisieren kann als die herkömmliche Laserspektroskopie. Insbesondere werden eindeutige Belege für die Identifizierung eines neuen stark korrelierten Quasiteilchens in Galliumarsenid-Quantenfilmen gezeigt, dem Dropleton, das ein Quantentröpfchen, bestehend aus vier bis sieben Elektron-Loch-Paaren, ist. Um die detektierbare Energetik von solchen Quasiteilchen in optisch angeregten Quantenfilmen zu bestimmen, wird ein neues theoretisches Verfahren präsentiert, das die Berechnung des Anregungsspektrums basierend auf der Paarkorrelationsfunktion des Quasiteilchenzustands ermöglicht. Eine weitere Studie in dieser Arbeit beschäftigt sich mit den Emissionseigenschaften von optisch gepumpten Quantenpunkt-Mikroresonatoren. Es werden theoretische und experimentelle Belege für einen neuen Quantengedächtniseffekt gezeigt, der sich durch Anpassung der Quantenfluktuationen der Lichtquelle kontrollieren lässt. Der letzte Teil dieser Arbeit stellt eine grundlegende Studie über die allgemeine Anwendbarkeit der Quantenspektroskopie in dissipativen Systemen vor. |
| Databáze: | OpenAIRE |
| Externí odkaz: |
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