"Surfende" Elektronen - Akustik trifft auf einzelne Photonen
Dieser Film behandelt fortgeschrittene Forschungskonzepte im Bereich der Halbleiter-Nanostrukturen.
Ein Elektronenkamm (Interdigital Transducer [IDT]) generiert eine akustische Oberflächenwelle, die anschließend durch eine Halbleiterfolie läuft.
Diese Folie besteht aus zwei verschiedenen Materialien, um die Trägerteilchen in der Mitte zu sammeln, wo alle physikalischen Abläufe passieren.
Ein kurzer Laserpuls wird auf die Oberfläche abgestrahlt und trifft immer auf der selben Höhe auf die Welle.
Durch den Laserpuls werden in der Halbleiterfolie Ladungsträger (Elektronen) und sogenannte "Löcher" erzeugt.
Wir können vier verschiedene Fälle unterscheiden:
Ohne akustische Oberflächenwelle vereinigen sich die Ladungsträger sehr schnell wieder mit den "Löchern" unter der Abgabe von Licht.
Bei geringer Amplitude spüren die Elektronen als erste die Modulation der Welle, während die "Löcher" von der Welle unberührt bleiben.
Die Elektronen sind im Minimum der Welle nicht stabil.
Bei steigender Amplitude werden die Elektronen am Wellenkamm eingefangen und "surfen" dort mit der durchlaufenden Welle.
Die "Löcher" hingegen verbleiben am Ursprungsort.
Bei sehr hoher Amplitude ist die Energie der Welle ausreichend um sowohl die Ladungsteilchen als auch die "Löcher" weiter zu befördern.
Sie werden durch die halbe Wellenlänge der durchlaufenden Welle getrennt und dadurch vor ihrer Wiedervereinigung bewahrt.
Nun kommen die Quantenpunkte ins Spiel.
Wenn ein Quantenpunkt die "surfenden" Elektronen erreicht, wird eines von den Elektronen eingefangen.
Eine halbe Periode der akustischen Oberflächenwelle später, trifft dieses eingefangene Elektron auf die "Löcher".
Eines der "Löcher" vereinigt sich wieder mit dem Elektron. Ein einziges Photon wird durch diesen Quantensprung emittiert.
Eine solch präzise eingestellte Photonenquelle ist ein entscheidendes Instrument für zukünftige Anwendungen ...
... für die Quantenkommunikation, Quantenkryptografie und für mögliche zukünftige Quantencomputer.
