Kohärente Zustände in lateral definierten Quantenpunkten

Alexander Holleitner

ISBN 978-3-8325-0038-2
125 Seiten, Erscheinungsjahr: 2002
Preis: 40.50 €

Quantenpunkte sind kleine leitende Elektroneninseln in Halbleitern, die über Tunnelprozesse Elektronen mit ihrer Umgebung austauschen können. Aufgrund ihrer diskreten Energiespektren werden sie als künstliche Atome bezeichnet. In Analogie zu realen Molekülen lassen sich ionisch bis kovalent gebundene Doppelquantenpunkte realisieren, indem zwei dieser Elektronenschachteln in unmittelbarer Nähe zueinander definiert werden. Im Rahmen dieser Arbeit werden Transportmessungen an kohärenten Zuständen in lateral definierten Doppelquantenpunkten durchgeführt. Dazu werden Quantenpunkte in einem zweidimensionalen Elektronensystem einer AlGaAs/GaAs Heterostruktur bei tiefen Temperaturen definiert und über Tunnelbarrieren parallel kontaktiert.

Die Elektron-Elektron-Wechselwirkung führt in Quantenpunkten zur Coulomb-Blockade bzw. zum Tunneln einzelner Elektronen (SET = single electron tunneling). Dieses sequenzielle Tunneln eröffnet die Möglichkeit, Grundzustände sowie angeregte Zustände der Quantenpunkte experimentell zu analysieren. In Erweiterung dazu wird in der Arbeit eine kohärente Messmethodik vorgestellt, die molekulare Zustände der Doppelquantenpunkte durch korreliertes, gleichzeitiges Tunneln von zwei Elektronen spektroskopiert und kohärent manipuliert. Einerseits wird dies durch eine parallele sowie schwache Ankopplungen beider Einzelquantenpunkte an die Zuleitungen, andererseits durch eine starke Kopplung zwischen den Quantenpunkten erreicht. Die Überlagerung der elektronischen Wellenfunktionen in den Quantenpunkten und damit die Aufspaltung der molekularen Zustände wird durch eine abstimmbare Tunnelbarriere zwischen den Quantenpunkten vorgegeben. Im Gegensatz zum SET werden die kohärenten Zustände des Doppelquantenpunkts nur virtuell besetzt, ohne dass dafür eine Coulomb-Ladeenergie aufgewendet werden muss. Dies ermöglicht es, eine Vielzahl von molekularen Zuständen gleichzeitig zu spektroskopieren. Ferner werden die orbitalen Zustände durch ein senkrechtes Magnetfeld in Überlagerung gebracht. Weiterführende Messungen an einem Aharonov-Bohm-Interferometer, in dessen Arme jeweils ein Quantenpunkt integriert ist, eröffnen die Möglichkeit die quantenmechanische Phase der Elektronen und damit die Kohärenzlängen und -zeiten der elektronischen Systeme experimentell zu bestimmen.