Configuration-picture-description of carrier scattering in semiconductor quantum dots

• Applicant: Professor Dr. Frank Jahnke
• Subject Area: Theoretical Condensed Matter Physics
• Term: from 2014 to 2019
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 244545680

• Final Report Year: 2018

Final Report Abstract

Im Rahmen der Projektarbeit wurde der Einfluss von Korrelationseffekten angeregter Ladungsträger auf die Effizienz und zeitliche Dynamik von Streuprozessen in Halbleiter-Quantenpunkten untersucht. Hierzu wurden theoretische Modelle entwickelt, bei denen die Streuprozesse nicht in Termen der Einteilchenzustände beschreiben werden, sondern durch korrelierte Zustände in Folge der Vielteilchenwechselwirkungen. Zum einen wurden hierzu in einem Konfigurationsbild Multi-Exziton-Zustände der Quantenpunkt-Ladungsträger bestimmt und in einem zweiten Schritt deren Renormierung durch die Elektron-Phonon-Wechselwirkung in einem Polaron-Bild betrachtet. Für verschiedene experimentelle Situationen, die durch unsere Projektpartner realisiert wurden, konnte die Bedeutung der Korrelationseffekte in den experimentellen Ergebnissen demonstriert werden. Die im Rahmen der Projektarbeit durchgeführten Theorie-Experiment-Vergleiche beinhalten die Ultrakurzzeitdynamik angeregter Ladungsträger in Quantenpunkten, Laseremission von Quantenpunkt-Multi-Exziton-Zuständen, sowie Tunnelinjektionslaser auf der Basis polaronischer Quantenpunktzustände und deren Relaxationsdynamik.

Publications

• Coulomb-assisted cavity feeding in nonresonant optical emission from a quantum dot, Phys. Rev. B 89, 161302(R) (2014).
  M. Florian, P. Gartner, A. Steinhoff, C. Gies, and F. Jahnke
  
• Negative differential gain in quantum dot systems: Interplay of structural properties and many-body effects, Appl. Phys. Lett. 104, 242108 (2014)
  E. Goldmann, M. Lorke, T. Frauenheim, and F. Jahnke
  
• Neutral and charged biexciton-exciton cascade in near-telecom-wavelength quantum dots, Phys Rev. B 94, 045303 (2016)
  J. Kettler, M. Paul, F. Olbrich, K. Zeuner, M. Jetter, P. Michler, M. Florian, C. Carmesin, and F. Jahnke
  
• Scattering-induced dephasing of many-particle transitions in semiconductor quantum dots, Appl. Phys. B (2016) 122:6
  M. Florian, A. Steinhoff, C. Gies, and F. Jahnke
  
• A few-emitter solid-state multi-exciton laser, Scientific Reports 7, 7420 (2017)
  S. Lichtmannecker, M. Florian, T. Reichert, M. Blauth, M. Bichler, F. Jahnke, J.J. Finley, C. Gies and M. Kaniber
  
• Carrier dynamics in a tunneling injection quantum dot semiconductor optical amplifier. Phys Rev. B 98, 125307 (2018)
  I. Khanonkin, G. Eisenstein, M. Lorke, S. Michael, F. Jahnke, A. K. Mishra, and J. P. Reithmaier
  
• Interplay of structural design and interaction processes in tunnel-injection semiconductor lasers, Phys Rev. B 98, 165431 (2018)
  S. Michael, M. Lorke, M. Cepok, C. Carmesin, and F. Jahnke
  
• Performance of quantum-dot-based tunnel-injection lasers: A theoretical analysis. Appl. Phys. Lett. 113, 131101 (2018)
  M. Lorke, S. Michael, M. Cepok, and F. Jahnke