In dieser Arbeit haben wir zweidimensionale Löchersysteme mit Hilfe der Zyklotronresonanz sowohl im ferninfraroten als auch im Mikrowellenspektrum untersucht. Bei den Proben handelt es sich um GaAs-Quantentröge, die mit Hilfe von Molekuarstrahlepitaxie (MBE) in (001)-Richtung gewachsen worden sind. Die Proben sind asymmetrisch delta-dotiert, wobei Kohlenstoff als Akzeptor verwendet wurde. Diese Löchersysteme haben Transportbeweglichkeiten von mehr als 106 cm2/Vs. Frontgates sind auf die Proben gebracht worden, um die zweidimensionale Löcherdichte von 0.7×1011 cm-2 bis 1.6×1011 cm-2 zu variieren. Wir haben selbstkonsistente Berechnungen der Bandstruktur und Landau-Niveaus auf Basis des 4×4 Luttinger Hamiltonians in der axialen Näherung durchgeführt. Die Ergebnisse der Berechnungen haben wir mit denen aus den Experimenten verglichen.
Im Bereich hoher Magnetfelder beobachten wir eine starke Abhängigkeit der Zyklotronmasse vom Magnetfeld. Ursache ist die ausgeprägte Nichtparabolizität von zweidimensionalen Löchersystemen. Diese Ergebnisse können durch die Rechnungen reproduziert werden. Entsprechend der Nichtparabolizität haben wir gefunden, dass die Zyklotronmasse auch von der Löcherdichte abhängt. Im Bereich kleiner Magnetfelder, in dem mehrere Landau-Niveaus besetzt sind, haben wir eine Haupt- und bis zu drei Neben-Zyklotronresonanzen mit wohl definierten Dispersionen im Magnetfeld beobachtet. Im Gegensatz zur Resonanz im Bereich hoher B zeigen die Dispersionen der Zyklotronmasse nur eine schwache Abhängigkeit vom Magnetfeld, ohne dass Sprünge oder Spitzen an den ganzzahligen F¨ullfaktoren auftreten. Dies ist bisher weder beobachtet noch vorhergesagt worden.
Zusätzlich haben wir eine scharfe Resonanz im ferninfraroten Bereich bei hohen Magnetfeldern beobachtet, die eine geringe Oszillatorstärke aufweist. Durch den Vergleich mit den Rechnungen haben wir diese den Übergängen zugeordnet, die zwischen Landau-Levels stattfinden, die aus den verschiedenen spin-aufgespaltenen Subbändern resultieren. Auch dies ist bisher nicht beobachtet worden.
Schließlich haben wir im magnetischen Quantumlimes eine starke Abhängigkeit der aus der Zyklotronresonanz bestimmten Beweglichkeit von der Temperatur beobachtet. Dies ist vergleichbar mit der Abhängigkeit der Transportbeweglichkeit von der Temperatur.
In this work we have investigated two-dimensional hole systems by cyclotron resonance covering both the far-infrared and the microwave regime. The samples are GaAs-quantum wells grown with molecular-beam epitaxy in the (001) direction. They are asymmetrically delta-doped with carbon acting as an acceptor. The holes in these structures have mobilities of more than 106 cm2/Vs. Frontgates have been prepared for tuning the two-dimensional hole density between 0.7×1011 cm-2 to 1.6×1011 cm-2. We have performed self-consistent calculations of the band structure and Landau levels on the basis of a 4 × 4 Luttinger Hamiltonian in the axial approximation. The results of the calculations have been compared with the experimental findings.
In the regime of high magnetic fields we observe a strong dependance of the cyclotron mass on the strength of the magnetic field. The reason is the highly non-parabolic band structure of two-dimensional hole systems. This can be reproduced by the calculations. According to the non parabolicity, we have found that the cyclotron mass also depends on the hole density. In the region of small magnetic fields, where several Landau levels are occupied, we observe one main and up to three secondary cyclotron resonances with well-defined dispersions in the magnetic field. In contrast to the behavior at high magnetic fields, the cyclotron mass dispersions only show a weak magnetic-field dependance without jumps or cusps at the integer filling factors. This has neither been predicted nor observed so far.
In addition, we have observed a sharp cyclotron resonance in the far-infrared regime at high magnetic fields with a small oscillation strength. In comparison with the calculations we attribute this resonance to transitions between Landau levels originating from different spin-split subbands. Such a spin-split resonance has not been observed so far.
In the magnetic quantum limit we have obtained a strong temperature dependance of the mobility deduced from the linewidth of the cyclotron resonance. The temperature dependance of this mobility is comparable to that of the transport mobility.