Ultraschnelle Dynamik in Halbleitern
Die Zeitskalen, die die Umverteilung von Elektronen und die Umordnung von Atomen in Halbleitern nach Anregung regeln, liegen im Bereich von wenigen Femtosekunden bis zu einigen Mikrosekunden. Laserpulse können Elektronen und Gitterdynamik mit einer Zeitauflösung anregen und sondieren, die bis zu 10.000-mal kürzer ist, als andere experimentelle Techniken. Wo jüngsten Messungen zur Verfügung standen, verwendeten EU-finanzierte Wissenschaftler ein neues Verfahren, um die beobachteten Merkmale zu untersuchen. Das Verfahren zur Simulation der Umverteilung von Elektronen in Wismut, die bei extremen physikalischen Zuständen von ultrakurzen, polarisierten Laserpulsen erzeugt wurden, wurde im Rahmen des Projekts ULTRADEX (Ultrafast energy transfer and dissipation in electronically excited materials: calculations from first principles) entwickelt. Wenn Elektronen durch das Halbleitergitter steuern, werden sie in ihrer Bewegung von als Phononen bezeichneten Schwingungen entweder unterstützt oder behindert. Auf der Grundlage von ersten Prinzipien ermöglichte es das ULTRADEX-Verfahren den Wissenschaftlern die Berechnung, wie die Rate der Erzeugung von Phononen aufgrund der Elektron-Phonon-Kopplung mit der Zeit variiert. Neben der besseren Berechnungen der Kopplungsstärke verfolgten die Wissenschaftler, wie sich die erzeugten Phononenpopulationen aufgrund von Phonon-Phonon-Wechselwirkungen mit der Zeit entwickelten. Das gleiche Verfahren wurde auch auf photoangeregtes Germanium angewendet, um die Ergebnisse von diffusen Röntgenbeugungsexperimenten zu erklären. Die Wechselwirkung zwischen Elektronen und Phononen in Halbleitern kann wichtige Eigenschaften aufdecken und steuern, um die Supraleitung zu fördern oder Elektronenmobilität durch Streuung zu begrenzen. Die Ergebnisse von ULTRADEX sollten weitere Fortschritte bei der Untersuchung von ultraschnellen Prozessen fördern, mit weit größerem Detail als dies bisher möglich war.
Schlüsselbegriffe
Halbleiter, ultrakurzer Laserpuls, Wismut, Elektron-Phonon-Kopplung, Supraleitung
