ISBN 978-3-8439-0430-8

978-3-8439-0430-8, Reihe Physik

Daniela Taubert
Electronic transport experiments on low-dimensional nanostructures at non-equilibrium conditions

218 Seiten, Dissertation Ludwig-Maximilians-Universität München (2012), Softcover A4

Zusammenfassung / Abstract

Viele wegweisende Experimente im Bereich der mesoskopischen Physik finden unter Gleichgewichtsbedingungen statt, was bei Tieftemperatur-Transportmessungen üblicherweise bedeutet, dass die Anregungsenergien der Ladungsträger klein gegenüber der Fermienergie sind. Nichtgleichgewichtsexperimente versprechen jedoch weiterführende Informationen. In dieser Arbeit wurden verschiedenste Experimente im Nichtgleichgewicht durchgeführt, die auf zweidimensionalen Elektronensystemen in GaAs/AlGaAs-Heterostrukturen basieren. Zunächst wird ein zur Wasserstrahlpumpe analoger Aufbau für Elektronen in einer Nanostruktur gezeigt. Injizierte "heiße" Elektronen übertragen durch Streuung Energie und Impuls an kalte Elektronen des Fermisees; durch geeignete Separation der resultierenden heißen von den kalten Elektronen kann so eine Verstärkung des injizierten Stroms erreicht werden. In diesem Aufbau wurde die Streuung heißer Elektronen mit dem Fermisee in Abhängigkeit der Anregungsenergie untersucht. Weitere Experimente in einem Magnetfeld senkrecht zur Ebene des zweidimensionalen Elektronensystems gaben Auskunft über den Übergang von zweidimensionalem Verhalten zu quasi-eindimensionalem Elektronentransport.

Gekoppelte Quantenpunkte werden häufig unter Einsatz eines Ladungsdetektors untersucht, dessen Rückwirkung auf das zu messende System typischerweise über die fundamentale quantenmechanische Detektor-Rückwirkung hinaus geht. Im hier untersuchten Regime war die Emission von akustischen Phononen durch den Ladungsdetektor der dominante störende Einfluss. Diese Phononen werden von einem Quantenpunktsystem absorbiert und induzieren dort eine veränderte Elektronenkonfiguration im Vergleich zum Grundzustand. In der Phononenabsorption wurde ein Interferenzeffekt beobachtet, der durch die Phasendifferenz, die die Phononen zwischen den beiden beteiligten Quantenpunkten aufsammeln, bedingt ist. Eine weitere Erscheinungsform der Detektor-Rückwirkung konnte am Übergang zweier Elektronenkonfigurationen mit der selben Gesamtelektronenzahl identifiziert werden.

Messungen an gekoppelten Quantenpunktsystemen werden als Funktion von Gatterspannungen vorgenommen, von Interesse sind jedoch meist die Energieskalen. Daher wurden verschiedene Prozeduren zur Bestimmung der Konversionsfaktoren zwischen Spannung und Energie entwickelt. Ein weiteres Experiment untersuchte die Möglichkeit, ein zweidimensionales Elektronensystem mit Hilfe von Stromfluss durch zwei Quantenpunkte in Serie zu kühlen.