Untersuchung und Kontrolle exzitonischer Quantenkorrelationen in Halbleitern durch ultrabreitbandige Terahertz-Impulse

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Exzitonen gehören zu den grundlegenden optischen Anregungen in der kondensierten Materie. Als Coulomb-Paar aus einem Elektron und einem Defektelektron werden sie oft als Analogon des Wasserstoffatoms betrachtet. Wir nutzen aktuelle Entwicklungen auf dem Gebiet ultrabreitbandiger Terahertz-Optoelektronik für einen direkten Zugang zur internen atomähnlichen Feinstruktur. Nach dem Vorbild der Quantenoptik atomarer Gase sollen Übergänge zwischen verschiedenen Bindungszuständen resonant beobachtet und erstmals kohärent getrieben werden. Damit sind wichtige Impulse in neue Richtungen fundamentaler Vielteilchen-Quantenphysik, Halbleiter-Optoelektronik und Quanteninformationsverarbeitung zu erwarten. Das Projekt gliedert sich in drei Teile:¿ Die Feinstruktur stabiler Exzitonsysteme mit hohen Bindungsenergien soll erstmals mit Multi-THz-Impulsen abgetastet werden. Besonders interessante Systeme sind dabei Cu2O sowie spezielle Nanostrukturen aus II-VI-Verbindungshalbleitern, die als Potentialfallen für Exzitonen dienen.¿ Mit maßgeschneiderten Terahertz-Impulsen höchster Feldstärke soll Quantenoptik an inneren Freiheitsgraden von Exzitonen demonstriert werden. Quantenlogische THz-Operationen oder Laserkühlung exzitonischer Ensembles rücken damit in Reichweite.¿ Basierend auf diesen Entwicklungen sollen neue Bereiche im Phasendiagramm von Elektron- Loch-Anregungen erschlossen und analysiert werden. Im Mittelpunkt steht die Erforschung möglicher Bose-Einstein-Kondensation in ultrakalten exzitonischen Gasen.