Markus Hochgräfe, Dissertation, Fachbereich Physik der Universität Hamburg, 2001
Schlagwörter: Ferninfrarot-Spektroskopie
PACS: 73.20.Mf, 78.30.Fs, 71.10.-w, 78.30.-j
In dieser Arbeit werden modulierte Quantendrähte, elliptische Quantenpunkte sowie Antipunkte in Silizium-dotierten AlGaAs/GaAs Heterostrukturen mit Fern- infrarot-(FIR) Spektroskopie untersucht. Alle Proben wurden mittels holographi-scher Lithografie und einem Trockenätzprozeß hergestellt. Auf manche Proben wurde ein Ti-Gate aufgedampft, um die Elektronendichte in einem weiten Bereich verändern zu können. Wir sind interessiert an Elektron-Elektron-Wechselwirkungseffekten in verschiedenen Systemen.
In einem quadratischen Gitter aus Antipunkten können wir experimentell eine Antizyklotron-Mode beobachten. Sie hat eine intrinsisch kleine Oszillatorstärke und kann in einem Einteilchenbild veranschaulicht werden als kissenförmige Bahn zwischen vier benachbarten Antipunkten. Wir können sie mittels Messungen mit zirkular polarisierter Strahlung von anderen hochenergetischen Moden unterscheiden.
Die Entartung der Moden in einem quadratischen Gitter ist in einem rechtwinkligen Gitter aus Antipunkten aufgehoben, wodurch eine Vielzahl höherenergetischer Moden angeregt wird, die sensitiv sind gegenüber linear polarisierter Strahlung. Wir vergleichen unsere Ergebnisse mit Rechnungen basierend auf der Thomas-Fermi-Dirac-von Weizsäcker (TFDW) hydrodynamischen Theorie.
In elliptischen Quantenpunkten beobachten wir eine Vielzahl höherer Moden wi,j. Die w-i Moden vollführen ein Anticrossing mit den w+j Moden (i > j) für B > 0. Mittels einer Gatespannung können wir die Elliptizität der Punkte einstellen, insbesondere in der Art und Weise, dass die w-2 Mode unterhalb der w+1 Mode liegt.
Wir haben Quantendrähte untersucht, die eine periodische Modulation entlang der Drähte aufweisen. Wir haben unsere Drähte so präpariert, dass die Drahtbreite w breiter ist als die halbe Periode a/2. Dadurch wird bei einem Magnetfeld B = 0 die Energie des 1D Plasmons größer als die der Kohn Mode. Aufgrund ihrer unterschiedlichen Dispersion vollführen die Moden ein Anticrossing bei einem bestimmten B. Mit steigender Elektronendichte wird dieses Anticrossing zwischen beiden Moden heruntergedrückt, so dass schon bei B = 0 eine starke Wechselwirkung herrscht. Das 1D-Plasmon zeigt Wechselwirkungen bei wC, 1.7 wC und 3 wC. Wir vergleichen unsere Messergebnisse mit Rechnungen basierend auf der TFDW Theorie.
In this thesis modulated quantum wires, elliptical quantum dots, and antidots in Si-d-doped AlGaAs/GaAs heterostructures are investigated by far-infrared (FIR) spectroscopy. All samples are fabricated by holographic lithography and dry-etching processes. Some samples have a semi-transparent Ti gate for tuning the electron density in a wide range. We are interested in the examination of the electron-electron interaction effects in various different systems.
In a square array of antidots we can experimentally observe an anticyclotron mode. It has an intrinsically low oscillator strength and can be visualized in an one-particle picture as a pillow-shape motion between four adjacent antidots. Through measurements with circularly polarized radiation we can distinguish this mode from other higher-frequency modes.
The degeneracy of modes of a square array is lifted in a rectangular array of antidots and a rich spectrum of higher-frequency modes is excited which are sensitive to the direction of linear polarized radiation. We compare our experimental results with a simple plasmon model and with elaborated theoretical calculations based on the Thomas-Fermi-Dirac-von Weizsäcker (TFDW) hydrodynamic theory.
In elliptical quantum dots we observe several higher modes wi,j. The w-i modes undergo an anticrossing with w+j modes (i > j) at finite magnetic field B. With a gate voltage we can vary the ellipticity of the dots; in particular, we can tune the w-2 mode below the w+1 mode.
We have investigated quantum wires with a periodic modulation along the wire direction. We have tailored our wires such that the width $w$ is larger than half of the period of the sample, a/2. Then the frequency of the 1D plasmon becomes larger than that of the Kohn's mode at B = 0. Due to their different dispersion these modes undergo an anticrossing at finite B. With increasing electron density the anticrossing between the Kohn's mode and the 1D plasmon mode is pushed down so that there is already a strong interaction at B = 0. The 1D plasmon shows interactions at wC, 1.7 wC, and 3 wC. We compare our results with calculations based on the TFDW theory.