PT Unknown
AU Zöllner, M
TI Elektronen-Nichtgleichgewichtsdynamik in selbstorganisierten Quantenpunkten: Elektron-Elektron und Elektron-Photon Streuprozesse
PD 10
PY 2024
DI 10.17185/duepublico/82488
LA de
AB Quanteninformationstechnologien [Kimble08] erfordern ununterscheidbare Photonen mit langen Kohärenzlängen von einem einzigen Quantenemitter [Müller14,Da Lio22]. Vielversprechende Kandidaten für diese Anwendung sind selbstorganisierte Quantenpunkte (QD) [Petroff01], die in eine Diodenstruktur eingebettet sind. Die schwache Tunnelkopplung der in dieser Arbeit verwendeten InAs-Quantenpunkte an ein Elektronenreservoir erlaubt die zeitliche Auflösung der Dynamik einzelner Elektronen [Beckel14,Kurzmann19]. Diese Nichtgleichgewichtsdynamik der Elektronen, der Auger-Meitner-Effekt und der interne Photoeffekt werden mit zeitaufgelöster resonanter Fluoreszenz (RF) beobachtet. Für das sogenannte Spin-Photon-Interface [Gao12,Javadi18] ist der gezielte Zugang zum Spinzustand des Elektrons, zum Beispiel durch die resonante Anregung zwischen dem einfach-besetzten Grundzustand und dem Trionzustand, von großer Bedeutung. Die Auger-Rekombination [Kurzmann16a], der interne Photoeffekt [Lochner21b] und der Elektroneneinfang durch Photoanregung [Kurzmann16c] sind Streuprozesse, die die Photonenkohärenzlänge reduzieren. In dieser Arbeit wird daher der Einfluss von elektrischen und magnetischen Feldern sowie der Energie der eingestrahlten Photonen auf die Raten der verschiedenen Streuprozesse diskutiert. Der Auger-Meitner-Effekt in Quantenpunkten [Kurzmann16a] ist ein nicht-strahlender Elektron-Elektron Streuprozess, bei dem die Übergangsenergie eines Elektron-Loch-Paares auf ein zweites Elektron übertragen wird. Dieses verlässt den Quantenpunkt und streut in einen energetisch deutlich höheren Zustand im Leitungsband. Im äußeren Magnetfeld ist die Spinentartung der Trionübergänge aufgehoben, sodass durch eine resonante zeitaufgelöste Zwei-Farben Anregung beider Trionresonanzen die Auger-Rate als Funktion der Magnetfeldstärke direkt bestimmt werden kann. Unerwünschte Streuprozesse wie die Spin-Flip-Raman-Streuung werden durch diese verbesserte Methode gefiltert, sodass die Steigung der gemessenen exponentiell abfallenden Transienten direkt die Elektronenemissionsrate angibt. Wie bereits von Mannel et al. [Mannel23] beobachtet und hier mit mehr Datenpunkten und einer verbesserten direkten Bestimmung der Rate gezeigt wurde, nimmt die besetzungsunabhängige Auger-Rate mit steigender Magnetfeldstärke um etwa eine Größenordnung ab. Durch die präzise Einstellung des elektrischen Feldes und die Anpassung der Frequenz aufgrund des Stark-Effekts, konnte in dieser Arbeit die Tunneldynamik des Elektrons [Luyken99] und die Verbindung zur Intensität des Trionübergangs mit hoher Auflösung untersucht werden. Das Verhältnis von Auger-Rate zur Tunnelrate bestimmt maßgeblich die Linienbreite und die Intensität der Trionresonanz. Zusätzlich zu den Messungen der Trionresonanz durch die Frequenzverstimmung hat eine Simulation der zeitaufgelösten Linienbreiten gezeigt, dass bereits nach etwa 0.2ms die Trionresonanz deutlich verbreitert ist. Der interne Photoeffekt in selbstorganisierten Quantenpunkten [Lochner21b], bei dem das Elektron durch Elektron-Photon Streuung in energetisch höhere Zustände gestreut wird, ist dem Auger-Meitner-Effekt sehr ähnlich. Beide Effekte begrenzen die Spinkohärenz des Elektrons und unterdrücken den strahlenden Trionübergang, wobei die Zeit bis zur erneuten Anregung von der Tunneldynamik des Elektrons aus dem Elektronenreservoir in den Quantenpunkt abhängt. Um herauszufinden, welchen Einfluss die Energie des absorbierten Photons auf die Rate hat, mit der das Elektron den Quantenpunkt verlässt, wurde die interne Photoemissions-Spektroskopie (iPES) entwickelt. Diese erlaubt die hochaufgelöste Bestimmung der Photoemissionsrate als Funktion der eingestrahlten Laserfrequenz. In dieser Arbeit wurden einige interessante Ergebnisse diskutiert, wie zum Beispiel die phononenassistierte Anregung der Trionresonanz, die über den nicht-strahlenden Auger-Meitner-Effekt beobachtet werden konnte.
ER