Flüchtige Dreiecksbeziehung

  • 29. June 2012

Laserlicht bringt in neuartigem Halbleitersystem ein Lambda-System zum Vorschein, wie es sonst nur in der Atomphysik bekannt ist.

Physiker aus Marburg und den USA führten Untersuchungen an Quantenfilmen aus Gallium und Arsen in einer Kavität durch. „Durch die Anordnung der Spiegel bilden sich zwei anstatt einer Hauptabsorptionsfrequenz der Quantenfilme“, erläutert Stephan Koch. Vergleichbar ist dies mit zwei identisch gebauten Federpendeln: Schwingen beide unabhängig voneinander, pendeln sich beide auf die gleiche Resonanzfrequenz ein.

Durch die Quantentopf-Mikrokavität ergibt sich in den Quantenfilmen ein Lambda-Niveausystem

Abb.: Durch die Quantentopf-Mikrokavität (b: schematischer Versuchsaufbau) ergibt sich in den Quantenfilmen ein Lambda-Niveausystem ωLEP – ω2pωHEP, das sich mit Terahertzwellen anregen lässt. (a; Bild: Tomaino et al. / AIP)

Verbindet man beide Pendel hingegen, zum Beispiel mit einer Feder, so bilden sich zwei neue Resonanzfrequenzen aus. In Quantenfilmen spricht man hier von exzitonischen Eigenzuständen, die durch die Spiegel in zwei neue aufgespalten werden. Diese neuen Zustände regten die Forscher optisch an und hoben sie durch weitere Anregung mit Terahertz-Strahlung in einen dritten energetischen Zustand.

„Da direkte Übergänge zwischen den beiden neuen Resonanzen physikalisch nicht erlaubt sind, bilden diese drei Zustände ein Lambda-System“, führt Koch aus. Der Name illustriert die energetische Position der drei Zustände und deren erlaubte Übergänge. „Diese Art von Systemen war bisher nur aus der Atomphysik bekannt“, erklärt Mitautorin Andrea Klettke; „das von uns erforschte stellt eine völlig neuartige Realisation eines Lambda-Systems dar, da die unteren Zustände erst durch die Wechselwirkung des Laserlichts entstehen und nach wenigen Sekundenbruchteilen bereits wieder zerfallen.“

Mit Hilfe von Terahertz-Spektroskopie ließen sich die optische Anregungen in Halbleitermaterialien direkt beobachten und verändern. Die Forscher konnten die vermuteten Eigenschaften des Lambda-Systems auch theoretisch bestätigen.

PUM / OD

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