Quantum-Spectroscopy Studies on Semiconductor Nanostructures

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.