Hauptinhalt

Erzeugung von starken Terahertz-Pulsen in Halbleiter-Quantenstrukturen

Optischer Aufbau im Verstärkerlabor
Foto: Florian Conrads

Im Rahmen des Sonderforschungsbereichs 1083 wird unsere Forschungsgruppe neuartige gepulste Terahertz-Emitter auf Basis von Halbleiter-Heterostrukturen entwickeln. Diese Strukturen enthalten zwei benachbarte, aber unterschiedliche Quantentöpfe, die durch eine wenige Nanometer dicke Barriere getrennt sind. Die Struktur und Quantisierungseffekte sind dabei so ausgelegt, dass für eine bestimmte Photonenenergie Ladungsträger nur in einem der Quantentöpfe angeregt werden. Anschließend tunneln Elektronen in einen energetisch günstigeren Zustand im anderen Quantentopf. Diese energetische Relaxation geht einher mit einem räumlichen Ladungsträgertransfer durch innere Grenzflächen.

Folglich führt eine ultraschnelle optische Anregung zu einem kurzen Stromimpuls, der die Quelle eines emittierten Terahertz-Pulses darstellt. Dies konnten wir kürzlich erstmals demonstrieren:

Direct probe of room-temperature quantum tunneling processes in type-II heterostructures using terahertz emission spectroscopy, M. Stein, et al., Phys. Rev. Applied. 13, 054073 (2020)

Zusammen mit den Gruppen von Prof. Kerstin Volz (Wachstum der Strukturen) und Prof. Ermin Malic (Modellierung) wollen wir Terahertz-Emitter entwickeln, die höhere Feldamplituden liefern als herkömmliche Oberflächenemitter. Die Experimente werden mit unserem Femtosekundenverstärkersystem durchgeführt, welches ultrakurze Laserpulse liefert.

Ansprechpartner: Prof. Dr. Martin Koch