Selbstorganisierte Quantenpunkte (QDs) sind Halbleiternanostrukturen mit diskreten, atomähnlichen Energieniveaus, die aus einer starken dreidimensionalen Ladungsträgereinschließung resultieren und sie zu vielversprechenden Kandidaten für die Festkörper-Quantenoptik machen. Ein QD kann ein Zwei-Niveau-System realisieren, das eine Überlagerung von Zuständen erlaubt und somit als Qubit genutzt werden kann. Darüber hinaus kann der QD als Spin-Photon-Schnittstelle dienen, bei der der Spinzustand über ein Photon übertragen wird. Die Fähigkeit hierzu wird durch die Details des Einschlusspotentials und der Wechselwirkung mit der Umgebung bestimmt und kann im Wachstumsprozess gezielt angepasst werden, um unterschiedliche Anforderungen zu erfüllen und Rauschen im System zu minimieren. In dieser Arbeit wird die Dynamik einzelner QDs mittels resonanter Fluoreszenz untersucht, wobei der Einfluss von Prozessierung nach dem Wachstum, externen Magnetfeldern und zeitabhängiger Modulation analysiert wird.

Im ersten Teil, Auger and spin dynamics in a self-assembled quantum dot, wird die Magnetfeldabhängigkeit des Auger-Meitner-Effekts und deren Einfluss auf die Spindynamik untersucht. Durch zeitaufgelöste n-Shot-Messungen des Trionübergangs in einem schwach tunnelgekoppelten QD werden die Auger-Rekombinationsrate, die Spin-Flip-Rate und die Spin-Flip-Raman-Rate als Funktion der Magnetfeldstärke bis 10 T bestimmt. Bei B=0 T beträgt die Auger-Rate etwa 3 1/ms und sinkt bei B=10 T auf etwa 1 1/ms, was darauf hindeutet, dass die magnetische Einschränkung den Überlapp der Anfangs- und Endzustände des Auger-Prozesses verändert. Der Auger-Meitner-Effekt randomisiert den Elektronenspin und stellt somit einen wesentlichen Dekohärenzkanal in Spin-Photon-Schnittstellen dar. Die Analyse zeigt, dass sowohl das Einschlusspotential als auch die Zustandsdichte oberhalb des QDs zur Elektronenemissionsrate beitragen und dass die Spin-Flip-Dynamik durch das Magnetfeld über die Zeeman-Aufspaltung verstärkt wird, während die Spin-Flip-Raman-Rate konstant bleibt.

Im zweiten Teil, Near transform-limited single photons from rapid-thermal annealed quantum dots, werden QDs untersucht, die einem schnellen thermischen Ausheilen (engl. rapid thermal annealing, RTA) unterzogen wurden. Dieser Prozess stimmt ihre Emissionsenergie über Ga–In-Interdiffusion ab und verändert das Einschlusspotential. Mittels resonanter Fluoreszenz an einzelnen QDs, eingebettet in eine p–i–n-Diode bei 4.2 K, wird eine Exzitonlinienbreite von etwa 360 MHz und eine Lebensdauer von 670 ps gemessen. Dies entspricht einer Kohärenzzeit T_2, die nur um den Faktor 1,5 über dem Fourier-Limit liegt. Die Einzelphotonenreinheit bleibt mit g(2)(0) ≈ 0.01 exzellent, was die Zwei-Niveau-Natur des Systems bestätigt und zeigt, dass RTA eine spektrale Abstimmung von QDs ermöglicht, ohne deren Kohärenz oder quantenoptische Qualität zu beeinträchtigen. Die Ergebnisse belegen, dass eine thermische Nachbehandlung nach dem Wachstum ein geeignetes Werkzeug für die Integration von QDs in photonische Schaltkreise ist, während nahezu Fourier-limitierte Emission erhalten bleibt.

Im dritten Teil, Quantum stochastic resonance in a single-photon emitter, wird der Effekt der quantenstochastischen Resonanz in einem einzelnen QD realisiert. Durch periodische Modulation der Gatespannung und Messung des Elektronentunnelns über die Photonemission wird eine Resonanz in der Regelmäßigkeit der Tunnelereignisse bei einer Modulationsfrequenz von etwa 800 Hz beobachtet. Diese Frequenz stimmt gut mit der Faustregel für die Resonanzbedingung T_mod ~ 1/max{γ_in,low, γ_out,high} überein, wobei γ_in und γ_out die Raten für das Tunneln von Elektronen in bzw. aus dem QD sind. Die vollständige Zählstatistik wird mittels faktorieller Kumulanten analysiert, wobei sich zeigt, dass sich die Resonanzfrequenz systematisch mit der Kumulantenordnung verschiebt. Dies ist ein eindeutiges Merkmal für Korrelationen jenseits einfacher Poisson-Dynamik. Diese Ergebnisse demonstrieren, dass das QD–Reservoir-System Transportmessungen mit optischer Auslese ermöglicht und stochastische Resonanz in diesem System sichtbar ist.