Verstärkung von THz-Strahlung in Halbleiter-Übergittern

• Applicant: Professor Dr. Hartmut G. Roskos
• Subject Area: Experimental Condensed Matter Physics
• Term: from 2005 to 2006
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 14230493

Es geht um die Detektion von Verstärkung von Strahlung im Terahertz-(THz-)Frequenzbereich optisch bzw. elektrisch gepumpten Halbleiter-Übergittern. Dabei sollen zwei Arten von Verstärkung untersucht werden. Zum einen will ich eine Vorhersage von Prof. M. Dignam experimentell verifizieren, nach der für Halbleiter-Übergitter eine beträchtliche Verstärkbarkeit von THz-Strahlung in optisch angeregten Übergittern aufgrund eines rein exzitonischen Effektes möglich sein sollte: nach Dignam hebt die Coulomb-Wechselwirkung die energetische Entartung von Intrabband-Wannier-Stark-Übergängen auf und lässt in bestimmten Frequenzbereichen Verstärkung, in anderen Absorption entstehen. Zum zweiten will ich Messungen an elektrisch gepumpten Übergitterstrukturen vornehmen, um die sogenannte Bloch-Verstärkung, einen Mechanismus unter Beteiligung von Phonon-Streuung zu untersuchen. Dieses Vorhaben bettet sich in eine zur Zeit weltweit erfolgende, intensive Suche nach kompakten Quellen für abstimmbare THz-Strahlung ein. In meinem Labor ebenso wie in Santa Barbara konzentriert sich die Forschung auf Übergitterstrukturen. Unser Hauptkandidat zum Bau einer THz-Quelle, die insbesondere auch bei Raumtemperaturen funktionieren sollte, ist die Bloch-Verstärkung (zu der die besten verfügbaren experimentellen Daten weltweit vom CTST, Santa Barbara, stammen, also dem Institut, an dem ich im Sommersemester forschen will). Von großem Interesse ist daneben auch die Dignamsche Verstärkung, v.a. weil die bisher nicht vorhergesagte Coulomeffekte im Leitungsband zur Grundlage hat. Die Dignamsche Verstärkung sollte bei tiefen Temperaturen noch größer sein als die Bloch-Verstärkung, allerdings zur Raumtemperatur weitgehend verschwinden. Es ist nun das wissenschaftliche Ziel, diese Arten von Verstärkung unter Verwendung des THz-Freien-Elektronen-Lasers in Santa Barbara in geeigneten Halbleiterstrukturen zu beobachten und zwischen den beiden Arten von Verstärkung zu unterscheiden. Mit Prof. Dignam besteht auf theoretischer Seite eine Zusammenarbeit zum Thema.

• DFG Programme: Research Grants