Elektronische Quantenpunktzustände induziert durch Photonemission

In der vorliegenden Arbeit werden Halbleiter-Quantenpunkte
untersucht, die bezüglich ihres Wachstumsprozesses, in einer dünnen
Benetzungsschicht eingebettet sind. Diese Benetzungsschicht ist von
zwei-dimensionalen Charakter und stellt ein Kontinuum für
Quantenpunktelektronen dar. Wechselwirkungseffekte zwischen
Quantenpunktelektronen und Quasi-Kontinuumselektronen sind deshalb
gegenwärtig. Die Experimente basieren auf der Messung von
Photolumineszenzstrahlung, ausgehend von Exzitonen (X) in
Abhängigkeit von einem äußeren elektrischen und magnetischen Feld
und von der Temperatur. Zu deren Untersuchung wird ein konfokales
Miniaturmikroskop verwendet, das magnetfeld- und temperaturstabil
arbeitet. Der optische Zugang zur Probenstruktur wird mittels
Glasfasertechnik realisiert. Sämtliche Experimente werden bei der
Temperatur des flüssigen Heliums (4.2 K) durchgeführt. Die
Quantenpunkte lassen sich kontrolliert über das Anlegen einer
äußeren Spannung mit Elektronen befüllen, als Folge eines in der
Struktur erzeugten Feldeffektes. Damit stehen der Untersuchung
ladungsabhängige, exzitonische Zustände im Magnetfeld zur
Verfügung. Für die ersten drei Ladungszustände, die als das
neutrale Exziton (X0), das einfach negativ geladene Exziton (X1−)
und das zweifach negativ geladene Exziton (X2−) bezeichnet sind,
werden eine Spin-Zeeman-Aufspaltung und eine diamagnetische
Verschiebung der Emissionslinie im Magnetfeld beobachtet. Das
dreifach negativ geladene Exziton (X3−) zeigt ein vollständig
unterschiedliches Verhalten im Magnetfeld. Statt der beschriebenen
magnetischen Eigenschaften der Exzitonen X0 bis X2− ist der Verlauf
der Photolumineszenzstrahlung des X3−-Exzitons durch dominante
Niveauabstoßung charakterisiert. Die Positionen der auftretenden
Niveauabstoßungen im reziproken Magnetfeld verhalten sich
äquidistant, welches ein Charakteristikum für ein zwei- oder
drei-dimensionales Quantensystem ist. Die Wechselwirkung zwischen
dem Quantenpunktsystem und dem zwei-dimensionalen Quantensystem
(Benetzungsschicht) wird durch einen neu entdeckten Prozess
vermittelt. Die Folge ist eine Hybridisierung zwischen
lokalisierten Zuständen im Quantenpunkt und delokalisierten
Zuständen des zwei-dimensionalen Quantensystems, die auf den
beobachteten Verlauf der Photolumineszenz im Magnetfeld schließen
lässt. Mittels einer Simulation nach einem theoretischen Modell
lassen sich diese Effekte quantitativ bestätigen. Die auftretende
Hybridisierung kann unabhängig vom Einfluss eines Magnetfeldes
gleichfalls über ein elektrisches Feld aktiviert bzw. deaktiviert
werden. Der Grund für eine elektrostatische Umbesetzung von
Quantenpunktzuständen ist momentan nicht bekannt und ist
Bestandteil der aktuellen Forschung.