Edzard Ulrichs, Dissertation, Fachbereich Physik der Universität Hamburg, 2000 :
Diese Arbeit befaßt sich mit inelastischer Lichtstreuung an elektronischen Anregungen in niedrigdimensionalen Elektronensystemen. Den Ausgangspunkt bilden zweidimensionale Elektronengase, wie sie in modulationsdotierten GAAs-AlGaAs-Heterostrukturen realisiert werden. Durch eine laterale Strukturierung wird die Bewegungsfreiheit der Elektronen völlig eingeschränkt, so daß man Quantendots erhält. Mit der Raman-Spektroskopie kann man zwischen den kollektiven elektronischen Anregungen der Ladungsdichte-Anregung (CDE) einerseits und der Spindichte-Anregung (SDE) andererseits und den sog. Einteilchen-Anregungen (SPE), die die Energie der Hartree-Fock-Niveaus widerspiegelt, unterscheiden. Es wird gezeigt, daß die CDE aufgrund der direkten Coulomb-Wechselwirkung bezüglich der SPE zu höheren Energien verschoben ist. Die SDE hingegen wird durch den Austausch-Term zu niedrigeren Energien verschoben. Zunächst wird gezeigt, daß die sogenannte SPE in Wahrheit eine Spindichte-Charakteristik besitzt. Mit einer gegateten Probe kann der Quantenwell derart abgestimmt werden, daß sich die Energieniveaus aller Anregungen verschieben. Das Plasmon kann die Reststrahlenbande nicht überwinden, die SPE und SDE schreiten hindurch. Weiterhin wird das Intrasubband-Plasmon an zum einen gegateten Proben (direkt kontaktierten) und zum anderen mit Gitterkoppler versehenen Proben untersucht. Durch die so erreichten großen Gittervektoren q kann man nicht-lokale Effekte direkt beobachten. Im letzten Teil werden die drei Typen von elektronischen Anregungen in Quantendots gefunden und deren Magnetfelddispersion bis zu B=7.5T untersucht. Das einschließende Potential ist in guter Näherung parabolisch, so daß man Fock-Darwin-Terme nicht-wechselwirkender Teilchen für die Anregungen erwartet. Die Übergangsenergien dieser Terme werden an den SPE beobachtet und Übergänge, die kollektiven Einflüssen unterliegen, werden ihren entsprechenden Änderungen ihrer Quantenzahlen zugeordnet.
This work presents experiments on electronic excitations of low-dimensional
electron systems detected by inelastic light scattering. Starting from 2DEGs,
realized in modulation-doped GaAs-AlGaAs-heterostructures, the dimension
was further reduced in order to obtain quantum dots by means of holographic
lithography and reactive ion etching. Raman spectroscopy enables us to
distinguish between different collective and single-particle excitations
by polarization selection rules. Charge-density excitations (CDE) are shifted
to higher energies with respect to the single-particle excitations (SPE),
which are close to the Hartree-Fock level spacings, due to the direct
Coulomb-interaction. On the other side, the spin-density excitations (SDE)
are shifted to lower energies due to the exchange interaction. The first
part of this work investigates the nature of the SPE. A gate voltage is applied
and deforms the well potential but does not affect the carrier density. The
non-polar SPE and SDE do not interact with the Reststrahlenbande, whereas
the plasmon is repelled. In the second part the intrasubband plasmon is being
examined on the one hand also by means of applying a gate voltage and on
the other hand with a grating coupler, which allows the observation of non-local
effects. Collective and single-particle excitations are observed in quantum
dots. Their magnetic field dispersion is being followed up to B=7.5 T. The
confinement potential, which is to a good approximation parabolic, gives
rise to Fock-Darwin states of non-interacting particles in the magnetic field.
These SPE transitions are identified and also the behaviour of the collective
modes in the magnetic field is being followed and their corresponding transition
with respect to the change in quantum numbers is assigned.