Konfigurationsbeschreibung der Ladungsträger-Streuung in Halbleiter-Quantenpunkten

• Antragsteller: Professor Dr. Frank Jahnke
• Fachliche Zuordnung: Theoretische Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 244545680

Halbleiter-Quantenpunkte besitzen vielfältige Anwendungen als aktive Materialien in neuartigen opto-elektronischen Bauelementen, weshalb sie gegenwärtig intensiv experimentell und theoretisch unter-sucht werden. Quantenpunkte können in konventionellen Halbleiter-Lasern, Verstärkern oder Modula-toren eingesetzt werden, aber auch in Quellen für einzelne Photonen und verschränkte Photonenpaare im Rahmen von neuen Anwendungen der Quanteninformationstechnologien, wobei sich zahlreiche Vorteile zu bisher verwendeten aktiven Materialien ergeben. Eine zentrale Rolle bei praktischen An-wendungen spielt die Effizienz von Streuprozessen, da diese die Ladungsträger in den optisch aktiven Zuständen bereitstellen und die Dekohärenz der optischen Übergänge bestimmen. Durch die Effizienz der Bereitstellung der Ladungsträger in Abhängigkeit von der Anregungssituation werden intrinsische Limitierungen der Bauelemente bestimmt, z. B. die Sättigung der Emission, Modulationsraten oder der operative Temperaturbereich. Auch die elektronische Dekohärenz hat einen direkten Einfluss auf die Emissionseigenschaften, wie Linienbreiten, Kohärenzeigenschaften der emittierten Photonen und Verschränkungsgrade. In der bisherigen theoretischen Beschreibung der Streuprozesse in Halbleiter-Nanostrukturen wurden die Korrelationen der Ladungsträger mit Hilfe von Einteilchen-Besetzungsfunktionen oder durch eine Hierarchie von Erwartungswerten näherungsweise beschrieben. Andererseits führt der dreidimensio-nale Einschluss der Ladungsträger und die vergleichsweise geringe Anzahl möglicher elektronischer Anregungskonfigurationen für die lokalisierten Ladungsträger dazu, dass Korrelationseffekte in Quan-tenpunkten eine viel größere Rolle spielen. Dies stellt das bisherige Vorgehen zumindest in bestimm-ten typischen Anregungssituationen in Frage und wurde durch publizierte Vorarbeiten bestätigt. Im Rahmen des beantragten Projekts soll eine Konfigurationsbeschreibung der Ladungsträgerstreu-ung in Quantenpunkten entwickelt, numerisch implementiert und die Ergebnisse in direkten Theorie-Experiment-Kooperationen ausgewertet werden. Ausgehend von den Einteilchen-Konfigurationen der möglichen Quantenpunktanregungen werden die zu den Multi-Exzitonen-Zuständen führende Coulomb-Konfigurationswechselwirkung berücksichtigt und in diesen Zuständen die Streuprozesse formuliert. Dabei werden für die Quantenpunkt-Ladungsträger die Coulomb-Wechselwirkung mit Ladungsträgern in delokalisierten Zuständen sowie mit LO-Phononen betrachtet. In der Projektarbeit werden bisherige Erfahrungen mit quantenkinetischen Modellen unter Anwendung von Nichtgleichgewichts-Greensfunktionen, sowie mit der Korrelationsbeschreibung von quantenopischen Effekten zusammengeführt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen