Microscopic Theory of Linear and Nonlinear Terahertz Spectroscopy of Semiconductors

This Thesis presents a fully microscopic theory to describe terahertz (THz)-induced processes in optically-excited semiconductors. The formation process of excitons and other quasi-particles after optical excitation has been studied in great detail for a variety of conditions. Here, the formation pr...

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1. Verfasser: Steiner, Johannes
Beteiligte: Kira, Mackillo (Prof.) (BetreuerIn (Doktorarbeit))
Format: Dissertation
Sprache:Englisch
Veröffentlicht: Philipps-Universität Marburg 2008
Physik
Schlagworte:
Online Zugang:PDF-Volltext
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Halbleiter
Terahertz spectroscopy
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Wannier-Exziton
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Steiner, Johannes
Microscopic Theory of Linear and Nonlinear Terahertz Spectroscopy of Semiconductors
In dieser Arbeit wird eine mikroskopische Theorie dargestellt, die Terahertz (THz)-induzierte Prozesse in Halbleitern beschreibt. Der Prozess der Entstehung von Exzitonen und anderen Quasiteilchen nach optischer Anregung wurde theoretisch detailliert und für viele unterschiedliche Bedingungen untersucht. Der Bildungsprozess wird hier nicht modelliert, sondern ein realistischer Vielteilchenzustand als Anfangszustand angenommen. Im Zentrum der Untersuchungen stehen Fälle, bei denen der durch optische Anregung erzeugte Vielteilchenzustand durch starke THz Felder angeregt wird. Während schwache Pulse dazu dienen, den Vielteilchenzustand abzutasten, können starke THz-Pulse die Quasiteilchen auf eine Art und Weise manipulieren, wie es mit konventionellen Methoden nicht möglich ist. Die nichtlineare THz-Dynamik von Exzitonenpopulationen ist von besonderem Interesse, da Ähnlichkeiten und Unterschiede zu atomaren Systemen untersucht werden können.
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author Steiner, Johannes
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contents In dieser Arbeit wird eine mikroskopische Theorie dargestellt, die Terahertz (THz)-induzierte Prozesse in Halbleitern beschreibt. Der Prozess der Entstehung von Exzitonen und anderen Quasiteilchen nach optischer Anregung wurde theoretisch detailliert und für viele unterschiedliche Bedingungen untersucht. Der Bildungsprozess wird hier nicht modelliert, sondern ein realistischer Vielteilchenzustand als Anfangszustand angenommen. Im Zentrum der Untersuchungen stehen Fälle, bei denen der durch optische Anregung erzeugte Vielteilchenzustand durch starke THz Felder angeregt wird. Während schwache Pulse dazu dienen, den Vielteilchenzustand abzutasten, können starke THz-Pulse die Quasiteilchen auf eine Art und Weise manipulieren, wie es mit konventionellen Methoden nicht möglich ist. Die nichtlineare THz-Dynamik von Exzitonenpopulationen ist von besonderem Interesse, da Ähnlichkeiten und Unterschiede zu atomaren Systemen untersucht werden können.
description This Thesis presents a fully microscopic theory to describe terahertz (THz)-induced processes in optically-excited semiconductors. The formation process of excitons and other quasi-particles after optical excitation has been studied in great detail for a variety of conditions. Here, the formation process is not modelled but a realistic initial many-body state is assumed. In particular, the linear THz response is reviewed and it is demonstrated that correlated quasi-particles such as excitons and plasmons can be unambiguously detected via THz spectroscopy. The focus of the investigations, however, is on situations where the optically-excited many-body state is excited by intense THz fields. While weak pulses detect the many-body state, strong THz pulses control and manipulate the quasi-particles in a way that is not accessible via conventional techniques. The nonlinear THz dynamics of exciton populations is especially interesting because similarities and differences to optics with atomic systems can be studied.
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spelling diss/z2009/0275 2009-05-06 2008-12-09 Mikroskopische Theorie der Linearen und Nichtlinearen Terahertz-Spektroskopie an Halbleitern urn:nbn:de:hebis:04-z2009-02756 opus:2332 2011-08-10 Microscopic Theory of Linear and Nonlinear Terahertz Spectroscopy of Semiconductors 2008 In dieser Arbeit wird eine mikroskopische Theorie dargestellt, die Terahertz (THz)-induzierte Prozesse in Halbleitern beschreibt. Der Prozess der Entstehung von Exzitonen und anderen Quasiteilchen nach optischer Anregung wurde theoretisch detailliert und für viele unterschiedliche Bedingungen untersucht. Der Bildungsprozess wird hier nicht modelliert, sondern ein realistischer Vielteilchenzustand als Anfangszustand angenommen. Im Zentrum der Untersuchungen stehen Fälle, bei denen der durch optische Anregung erzeugte Vielteilchenzustand durch starke THz Felder angeregt wird. Während schwache Pulse dazu dienen, den Vielteilchenzustand abzutasten, können starke THz-Pulse die Quasiteilchen auf eine Art und Weise manipulieren, wie es mit konventionellen Methoden nicht möglich ist. Die nichtlineare THz-Dynamik von Exzitonenpopulationen ist von besonderem Interesse, da Ähnlichkeiten und Unterschiede zu atomaren Systemen untersucht werden können. This Thesis presents a fully microscopic theory to describe terahertz (THz)-induced processes in optically-excited semiconductors. The formation process of excitons and other quasi-particles after optical excitation has been studied in great detail for a variety of conditions. Here, the formation process is not modelled but a realistic initial many-body state is assumed. In particular, the linear THz response is reviewed and it is demonstrated that correlated quasi-particles such as excitons and plasmons can be unambiguously detected via THz spectroscopy. The focus of the investigations, however, is on situations where the optically-excited many-body state is excited by intense THz fields. While weak pulses detect the many-body state, strong THz pulses control and manipulate the quasi-particles in a way that is not accessible via conventional techniques. The nonlinear THz dynamics of exciton populations is especially interesting because similarities and differences to optics with atomic systems can be studied. Steiner, Johannes Steiner Johannes ths Prof. Kira Mackillo Kira, Mackillo (Prof.) Philipps-Universität Marburg
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