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Rein optische Erzeugung ultrakurzer Stromimpulse in Halbleiterstrukturen unter Ausnutzung spezieller Resonanzübergänge

07.12.2006

Die Erzeugung von Strömen in Halbleiterstrukturen unter Verwendung von rein optischen Methoden hat in den letzten Jahren viel Beachtung gefunden. Dies liegt insbesondere daran, dass mit solchen Techniken relativ einfach spin-polarisierte Ströme und reine Spinströme erzeugt werden können, was eine Grundvoraussetzung für das neue Forschungsgebiet der Spintronik ist. Im einfachsten Fall werden hierzu spezielle Halbleiterstrukturen mit einem optischen Strahl resonant angeregt und der Strom wird durch nichtlineare optische Effekte höherer Ordnung injiziert. Durch Änderung der Polarisation des Anregungsstrahls ist es möglich, die Ströme abzuschalten bzw. sogar umzukehren.
Die Untersuchung von rein-optisch generierten Strömen basierte bisher nur auf der Anregung von freien Elektron-Loch Paaren. In der PTB ist es nun gelungen, solche Ströme durch Anregung von speziellen Resonanzübergängen, so genannten Exzitonen, zu erzeugen. Im Gegensatz zu freien Ladungsträgern sind Exzitonen durch Coulomb-Wechselwirkung gebundene, neutrale Elektron-Loch Paare. Für das Experiment wurden spezielle Halbleiternanostrukturen eigens in der PTB hergestellt und mit einem Femtosekundenlaser resonant angeregt. Der Nachweis der Ströme erfolgte über die von den Strömen emittierte Terahertzstrahlung, die mittels optoelektronischer Techniken detektiert wurde.
Die in der PTB durchgeführten Experimente deuten darauf hin, dass die von der optischen Anregung der exzitonischen Zustände hervorgerufene kohärente Polarisation zu den detektierten Strömen führt. Die Untersuchung solcher exzitonischer Effekte hilft, ein besseres Verständnis der Coulomb-Wechselwirkung und der Bandstruktur von Halbleiterstrukturen zu erlangen und bildet die Grundlage für die Realisierung kohärenter Schaltprozesse.