Hamburg 2009 – scientific programme

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SYTT: Photonische Terahertz-Technologien fuer Grundlagenforschung und Anwendung

SYTT 2: Photonische Terahertz-Technologien für Grundlagenforschung und Anwendungen II

SYTT 2.4: Invited Talk

Tuesday, March 3, 2009, 17:30–18:00, VMP 8 HS

Terahertzspektroskopie der Optischen Antwort eines Zweidimensionalen Elektronengases — •Sangam Chatterjee, Torben Grunwald, Daniel Golde, Mackillo Kira und Stephan W. Koch — Fachbereich Physik und Wissenschaftliches Zentrum für Materialsissenschaften, Philipps-Universität Marburg, Renthof 5, 35032 Marburg

In diesem Vortrag werden Untersuchungen der kollektiven Antwort eines Vielteilchensystems in Halbleiterheterostrukturen durch THz-Zeitbereichsspektroskopie vorgestellt. Dadurch können korrelierte Zustände in Halbleitern eindeutig identifiziert werden. Als Beispiel dient das Plasmon. Es beschreibt die kollektive Oszillation des Ladungsträgersystems zum Beispiel in einem zweidimensionalen Elektronengas. Das Plasmon bestimmt durch seinen Beitrag zur Abschirmung die effektive Coulomb-Wechselwirkung zwischen Ladungsträgern. Diese ist stark abhängig von der effektiven Dimension des Vielteilchensystems. So wird für Volumenmaterial eine endliche Plasmaresonanz beobachtet [1], während die Plasmafrequenz eines zweidimensionalen Systems im Limes langer Wellenlängen verschwindet. Wir zeigen in einer detaillierten experimentellen und theoretischen Studie jedoch, dass auch in einem zweidimensionalen Ladungsträgersystem eine endliche Plasmaresonanz beobachtet werden kann. Die THz Antwort eines zweidimensionalen Elektronengases zeigt das charakteristische Verhalten eines entsprechenden dreidimensionalen Systems in Volumenmaterial [1]. Dieses volumenartige Verhalten der Plasmafrequenz zeigt sich auch in anderen zweidimensionalen Systemen.

Diese Beobachtung kann nicht mittels einer einfachen Drudetheorie beschrieben werden, jedoch reproduzieren mikroskopische Vielteilchenrechnungen auf Basis der Halbleiter Bloch Gleichungen die Experimente. Die Ursache der typischen Signatur der Plasmafrequenz in der komplexen dielektrischen Funktion ist das Wechselspiel zwischen Coulomb-Korrelationen und ponderomotiven Beiträgen. Letztere spielen im THz Spektralbereich eine bedeutende Rolle während sie im Optischen im Allgemeinen vernachlässigt werden können. Zusammenfassend lässt sich festhalten, dass das für die Beschreibung der Abschirmung verwendete selbstkonsistent induzierte Feld des Plasmons dimensionsabhängig ist, während das Plasmon selber dimensionsunabhängig ist.

[1] R. Huber et al., Nature 414, 286 (2001)