Mit inelastischer Lichtstreuung (Raman-Spektroskopie) wurden elektronische Anregungen in eindimensionalen Elektronensystemen (1DES), so genannten Quantendrähten, untersucht. Es wurden sowohl einlagige als auch stark tunnelgekoppelte doppellagige Systeme betrachtet. Insbesondere konnte der Einfluss eines externen elektrischen Feldes auf die Anregungen studiert werden. Ausgehend von modulationsdotierten Einfach- bzw. Doppelquantentopf-Strukturen auf GaAs-Basis wurden Proben mittels holografischer Lithografie lateral strukturiert und mit metallisierten Oberflächen versehen.
Im Bereich der einlagigen 1DES konnte eine eindeutige Abweichung der gemessenen 1D-Dispersion des Intrasubband-Plasmons gegenüber denen eines zweidimensionalen Elektronensystems (2DES) beobachtet werden. Mit Hilfe von zwei Modellen wurde der Einfluss der elektronischen Drahtbreite bzw. 1D-Gesamtelektronendichte auf sowohl Intra- als auch Intersubband-Plasmonen untersucht.
Der Einfluss einer negativen Spannung auf gleichzeitig beobachtbare 1D- und 2D-Anregungen zeigte für erstere eine Anhebung und für letztere eine Absenkung der Anregungsenergie. Dieses gegensätzliche Verhalten konnte auf die Verwendung so genannter Sidegates und die damit verbundenen unterschiedlichen geometrischen Bedingungen zurückgeführt werden.
An den doppellagigen 1DES wurden neben den optischen Plasmonen erstmals akustische 1D-Intersubband-Plasmonen beobachtet. Durch den Einfluss eines äußeren elektrischen Feldes, der sich durch die gleichzeitige Änderung sowohl der 1D-Gesamtelektronendichte als auch der Symmetrie des Doppelquantentopf-Potenzials bemerkbar macht, konnten interessante physikalische Effekte studiert werden. Im Bereich der optischen 1D-Intersubband-Anregungen traten insbesondere Diskontinuitäten bei Änderung der angelegten Spannung auf; es wird davon ausgegangen, dass diese auf einer Ladungsumordnung des zugrunde liegenden 2DES beruhen.
Durch die Beobachtung der akustischen Plasmonen ließen sich Rückschlüsse auf ausgezeichnete Symmetriepunkte des zugrunde liegenden Doppelquantentopfes ziehen. Da es bisher keine theoretische Untersuchungen im Bereich 1DES mit starker Tunnelkopplung gibt, wurden die Messergebnisse durch einfache Betrachtungen der Ladungsdichteverteilungen in den räumlich getrennten Elektronensystemen interpretiert.
Electronic excitations in single- and double-layered one-dimensional electron systems (1DES) were investigated using inelastic light scattering (Raman spectroscopy). Particularly, the influence of an external electric field was studied. Starting from modulation-doped GaAs-based single or double quantum-well structures, arrays of quantum wires were fabricated by holographic lithography.
In the single-layered 1DES, we could observe a 1D wavevector dispersion of the intrasubband plasmon which is clearly different compared to that of a two-dimensional electron system (2DES). The influence of the width of the electronic system or rather the 1D electron density on the intra- and intersubband plasmons was investigated using two models.
The influence of an applied negative voltage increases the excitation energy of 1D excitations whereas it decreases the energy of 2D excitations. The different behavior could be attributed to the influence of sidegates which leads to different geometrical conditions.
Besides optical plasmons in double-layered 1DES, we could observe acoustic 1D intersubband plasmons for the first time. By applying an external electric field, which influences on the one hand the 1D electron density and on the other hand the symmetry of the double quantum-well structure, we could study several interesting physical effects. Regarding the optical 1D intersubband excitations, we observe discontinuities in the excitation energies with respect to the variation of the applied voltage; we consider this behavior to be caused by a redistribution of the carriers of the underlying 2DES.
From the observation of acoustic plasmons, we could identify particular symmetry points in the underlying double quantum-well potential. Because of the lack of theoretical investigations of 1DES with strong tunnel coupling, the measurements were interpreted in terms of simple considerations of the density distribution of the spatially separated electron systems.