title: Quantum-Spectroscopy Studies on Semiconductor Nanostructures
title: Quantenspektroskopie-Untersuchungen an Halbleiternanostrukturen
Creators: name: Mootz, Martin
Publisher: name: Philipps-Universität Marburg
Year: 2014
Subjects: Quasiteilchen
Physik
low-dimensional semiconductors
quantum spectroscopy
Halbleiter
Quantenspektroskopie
Niederdimensionaler Halbleiter
semiconductor quantum optics
Theoretische Physik
Optische Eigenschaft
many-body theory
Halbleiterquantenoptik
quasiparticle
Dropleton
Vielteilchentheorie

description: Quantum spectroscopy utilizes the
      quantum fluctuations of the light source to characterize and
      control matter. More specifically, desired many-body states
      can be directly excited to the semiconductor by adjusting
      light source's quantum fluctuations. The method is
      experimentally realizable by projecting an extensive set of
      classical measurements into a quantum-optical response
      resulting from any possible quantum source. In this work,
      quantum spectroscopy is used to identify new classes of
      many-body states and quantum processes in semiconductor
      nanostructures. In the first part of this Thesis, the optical
      properties of semiconductor quantum wells are analyzed with
      quantum spectroscopy by projecting high-precision optical
      measurements into quantum-optical responses. It is shown that
      quantum spectroscopy can characterize the properties of
      specific stable electron-hole cluster – called quasiparticles
      – much more sensitively than traditional ultrafast laser
      spectroscopy. In particular, unambiguous evidence is
      demonstrated for the identification of a new highly
      correlated quasiparticle in direct-gap Galliumarsenide
      quantum wells, the dropleton, that is a quantum droplet
      consisting of four-to-seven electron-hole pairs. To determine
      the detectable excitation energetics of such correlated
      quasiparticles in optically excited semiconductor quantum
      wells, a new theoretical framework is presented which allows
      for the computation of the excitation spectrum based on a
      pair-correlation function formulation of the quasiparticle
      state. Another study in this Thesis deals with the emission
      properties of optically pumped quantum-dot microcavities.
      Experimental and theoretical evidence is shown for a new
      intriguing quantum-memory effect that is controllable by
      adjusting pump source's quantum fluctuations. The last part
      of this Thesis presents a fundamental study about the general
      applicability of quantum spectroscopy in dissipative
      systems.
description: Quantenspektroskopie nutzt die
      Quantenfluktuationen der Lichtquelle, um die Quantendynamik
      in Festkörpern zu charakterisieren und zu kontrollieren.
      Dabei können Vielteilchenzustände durch Anpassung der
      Quantenfluktuationen der Lichtquelle direkt angeregt werden.
      Die Quantenspektroskopie lässt sich experimentell
      realisieren, indem umfangreiche klassische Messungen auf die
      quantenoptische Antwort, resultierend von einer beliebigen
      Quantenlichtquelle, projiziert werden. In dieser Arbeit wird
      die Quantenspektroskopie angewendet, um neue Klassen von
      Vielteilchen-Quantenzuständen und Prozessen in
      Halbleiternanostrukturen zu identifizieren. Der erste Teil
      dieser Arbeit setzt sich mit der Analyse der optischen
      Eigenschaften von Halbleiterquantenfilmen auseinander, indem
      hochpräzise optische Messungen auf die quantenoptische
      Antwort projiziert werden. Es wird gezeigt, dass die
      Quantenspektroskopie die Eigenschaften von bestimmten
      stabilen Elektron-Loch-Clustern – sogenannten Quasiteilchen –
      wesentlich genauer charakterisieren kann als die herkömmliche
      Laserspektroskopie. Insbesondere werden eindeutige Belege für
      die Identifizierung eines neuen stark korrelierten
      Quasiteilchens in Galliumarsenid-Quantenfilmen gezeigt, dem
      Dropleton, das ein Quantentröpfchen, bestehend aus vier bis
      sieben Elektron-Loch-Paaren, ist. Um die detektierbare
      Energetik von solchen Quasiteilchen in optisch angeregten
      Quantenfilmen zu bestimmen, wird ein neues theoretisches
      Verfahren präsentiert, das die Berechnung des
      Anregungsspektrums basierend auf der Paarkorrelationsfunktion
      des Quasiteilchenzustands ermöglicht. Eine weitere Studie in
      dieser Arbeit beschäftigt sich mit den Emissionseigenschaften
      von optisch gepumpten Quantenpunkt-Mikroresonatoren. Es
      werden theoretische und experimentelle Belege für einen neuen
      Quantengedächtniseffekt gezeigt, der sich durch Anpassung der
      Quantenfluktuationen der Lichtquelle kontrollieren lässt. Der
      letzte Teil dieser Arbeit stellt eine grundlegende Studie
      über die allgemeine Anwendbarkeit der Quantenspektroskopie in
      dissipativen Systemen vor.