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Titel:Microscopic theory of Terahertz spectroscopy
Autor:O' Sullivan, Brian
Weitere Beteiligte: Koch, Stephan (Prof.)
Erscheinungsjahr:2006
URI:http://archiv.ub.uni-marburg.de/diss/z2006/0131
URN: urn:nbn:de:hebis:04-z2006-01317
DOI: https://doi.org/10.17192/z2006.0131
DDC: Physik
Titel(trans.):Mikroskopische Theorie von Terahertz Spektroskopie

Dokument

Schlagwörter:
Intraband, Terahertz, Terahertz, Intraband

Summary:
Die vorliegende Arbeit basiert auf den mikroskopischen Bewegungsgleichungen der Wechselwirkungen von Licht im THz Bereich und einem Elektron-Loch Plasma. Die Berechnungen hierzu werden unter der Annahme eines inkohaerenten Systems und unter Benutzung der Analogie zwischen den Loechern des Plasmas und den lokalisierten positiven Ionen des Heterouebergangs eines 2DEG Systems gemacht. Die analytische Loesung der Systemantwort fuehrt hierbei zur korrekten Lindhardt Form der Antwort eines dreidimenionalen Elektron Gases, welches mit einer longitudinalen Anregung wechselwirkt. Man erhaelt ebenfalls die im Experiment beobachteten Antwortsignale fuer ein- und zweidimensionale Systeme, welche durch longitudinale Plasma- Frequenzen nicht vorhersagbar sind. Die berechnete transversale Antwort wird zudem mit der, bezueglich der Thz-Licht Wechselwirkung mit 2DEG in der Literatur angefuehrten, longitudinalen dieelektrischen Funktion verglichen. Ebenso werden Vergleiche zwischen der Abhaengikeit der transversalen und der longitudinalen Plasmaantwort von der Elektronendichte praesentiert. Abschliessend wurde ebenfalls eine vollkommen dynamische Antwort berechnet, um die Zeitentwicklung der Antwort eines "Transversalen Plasmons" studieren zu koennen. Aufgrund der neuen und vielversprechenden Moeglichkeiten der THz Spektroskopie, darf man annehmen, dass sie sich nicht nur fuer die Physik in einem Fokus des zukuenftigen Forschungsinteresses befindet, sondern ebenfalls die Nanotechnologie beeinflussen wird. Grundlegende Untersuchungen der Wechselwirkungen von Licht im THz Bereich mit Materiel sind daher sowohl das unerlaeassliche Fundament als auch der erste Schritt fuer moegliche spaetere Anwendungen. Im Rahmen dieser Arbeit konnte klar gezeigt werden, wann und warum ein auf longitudinalen Plasmonen basierender Ansatz nicht in der Lage ist, die experimentellen Ergebnisse von THz Spektroskopie eines Elektronen Gases zu reproduzieren.

Zusammenfassung:
The microscopic equations of motion for THz light interacting with an electron hole plasma are presented. This system is presumed to be incoherent and an analogy is made between the holes of the plasma and the fixed positive ions at the heterojunction of a 2DEG system. An analytic solution to the system response leads to the correct Lindhard type of response for three dimensional electron gases interacting with a transverse THz field. This analysis also gives the %experimentally observed response for one- and two- dimensions, which is not predicted by longitudinal plasma frequencies. This transverse response is compared with a longitudinal dielectric function which is often found in literature concerning the interaction of THz light with 2DEGs. A comparison is made between the behaviour of the transversal response with electron density and the behaviour of a longitudinal plasmon response with density. A fully dynamic response is also computed, to examine the temporal evolution of the ``transverse plasmon'' response. This work clearly illustrates when and why a longitudinal plasmon approach does not reproduce experimental results concerning THz spectroscopy of electron gases, a source of sizeable current interest in both physics and nanotechnology communities.


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