Förderprojekte

Förderbeginn 01.07.2010

Ultraschnelle Steuerung von kollektiver Elektronenbewegung in nanostrukturierten Metall/III-V Halbleiter Heteroübergängen mit ultrakurzen, phasenstabilisierten Laserpulsen

Prof. Dr. Reinhard Kienberger
Technische Universität München
Lehrstuhl für Physik E11

Tim Paasch-Colberg
Max-Planck-Institut für Quantenoptik
Laboratory for Attosecond Physics

Dr. Stefano Cabrini
University of California, Berkeley
Laurence Berkeley National Laborator, Molecular Foundry

Mit Hilfe von intensiven, ultrakurzen Pulsen im nahen Infrarot (NIR) können in Edelgasen durch die Erzeugung der dritten Harmonischen Pulse im Ultravioletten (UV) mit einer Dauer von wenigen Femtosekunden erzeugt werden. In diesem Projekt werden diese wenige Oszillationszyklen dauernden optischen Felder genutzt, um in nanostrukturierten AlGaN/GaN-Heteroübergängen die Erzeugung und Bewegung von Ladungsträgern zu kontrollieren. Der kurze UV-Puls erzeugt im Leitungsband des Halbleiters durch Ein-Photon-Absorption freie Ladungsträger, welche dann im elektrischen Feld eines synchronisierten, phasenstabilisierten NIR-Pulses eine kontrollierte Impulsänderung erhalten, so dass ein ultrakurzer, lichtgesteuerter Strom entsteht. Die Umsetzung dieser Technik wäre ein wichtiger Schritt für die Realisierung von ultraschneller, lichtgesteuerter Elektronik.

Abschlussbericht
Ziel dieses Projekts war die Entwicklung von nanostrukturierten Metall/III-V-Halbleiter Heterostrukturen in der Molecular Foundry des Lawrence Berkeley National Lab in Berkeley (Kalifornien). Es wurde ein Prozess zur Strukturierung einer Gallium-Nitrid-Oberfläche mit einer Auflösung im Nanometerbereich entwickelt, der sich aus Elektronenstrahllithographie und Plasmaätzen zusammensetzt. In einem weiteren Schritt wurden mittels Elektronenstrahlverdampfung Goldelektrodenpaare auf der Gallium-Nitrid-Oberfläche aufgebracht. Dabei wurde ein minimaler Abstand von ca. 50 nm zwischen den einzelnen Elektroden erreicht.

Diese Strukturen wurden für Experimente in der Gruppe von R. Kienberger am Max-Planck-Institut für Quantenoptik in Garching (Deutschland) verwendet, bei denen eine ultraschnelle kollektive Elektronenbewegung in dem Halbleitermaterial mit Lichtfeldern kontrolliert wird. Hierbei wurden die hergestellten Gold-/Gallium-Nitrid-Strukturen mit starken, phasenstabilisierten, linear polarisierten und ultrakurzen Lichtpulsen unter senkrechtem Einfall bestrahlt, wobei die Polarisation der Pulse rechtwinklig zu den nanostrukturierten Elektroden war. Dadurch wurden Ströme erzeugt, die von der gewählten Phase der Lichtpulse abhingen. Die Abhängigkeit dieser Pulse von der Phase und Intensität der angelegten Pulse wird derzeit weiter untersucht und außerdem mit den Ergebnissen theoretischer Simulationen verglichen.