Deutsche Physikalische Gesellschaft e. V. (DPG)

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E-Verhandlungen 2001
Programm und Abstracts der Sitzung HL 12

Untersuchung von Quasiteilchen-Relaxation in ungeordneten Halbleitern durch Einzelelektronentunneln

•J. Könemann¹, P. König¹, T. Schmidt¹, E. McCann², V. I. Fal'ko² und R. J. Haug^1
1Inst. f. Festkörperphys., Uni Hannover, Appelstr. 2, 30167 Hannover, Deutschland
²Dep. of Physics, Lancaster University, Lancaster, LA1 4YB, UK

Wir stellen eine spektroskopische Methode zur Messung der inelastischen Quasiteilchen-Relaxation in einer ungeordneten Fermiflüssigkeit vor. Die Quasiteilchen-Relaxationsrate g wird aus der Größe der Fluktuationen der lokalen Zustandsdichte (LDOS) im Kontakt bestimmt. Die LDOS wird hierbei mittels Einzelelektronentunneln spektroskopiert.

Die untersuchte Probe ist eine stark asymmetrische vertikale resonante Tunneldiode mit einem 10 nm dicken GaAs-Quantentopf sowie 5 nm und 8 nm dicken Al_0.3Ga_0.7As-Tunnelbarrieren, die durch 7 nm dicke Spacerschichten von den mit 4·10¹⁷ cm^-3 hochdotierten Kontakten getrennt sind. Wir studieren die Abhängigkeit der Quasiteilchen-Relaxation von der Anregungsenergie relativ zur Fermienergie. Für g finden wir im stark ungeordneten GaAs-Kontakt eine g µ E^3/2-Abhängigkeit [1]. Dies stimmt mit der Altshuler-Aronov-Theorie für Elektron-Elektron-Wechselwirkungen in diffusiven Leitern überein.

Weiterhin haben wir das Verhalten der LDOS-Fluktuationen in hohen Magnetfeldern in zwei unterschiedlichen Konfigurationen untersucht, d.h. das Magnetfeld sowohl parallel als auch orthogonal zum Tunnelstrom angelegt.

[1] Schmidt et al., erscheint in PRL.

Kohärente Kopplung zweier Quantenpunkte eingefasst in einen Aharonov-Bohm Ring

•Alexander W. Holleitner¹, Carsten R. Decker¹, Hua Qin¹, Robert H. Blick¹, Karl Eberl² und Jörg P. Kotthaus^1
1Center for NanoScience (CeNS) und Sektion Physik, Ludwig-Maximiliansuniversität-München, Geschwister-Scholl-Platz 1, 80539 München
²Max-Planck-Institut für Festkörperforschung, Heisenbergstr. 1, 70569 Stuttgart

Wir messen den Elektronentransport durch zwei laterale, kleine Quantenpunkte mit jeweils etwa 15 Elektronen, die in einer Aharonov-Bohm Geometrie angeordnet sind. Die Kopplung beider Quantenpunkte ist über eine Tunnelbarriere einstellbar. Für schwach gekoppelte Quantenpunkte sehen wir Aharonov-Bohm-Oszillationen. Im Regime mittlerer Kopplung konzentrieren wir uns auf die molekularen Zustände des Doppelquantenpunktes und extrahieren die Magnetfeldabhängigkeit der Kopplung.

Einfluß von InAs-Quantenpunkten auf die Zustandsdichte eines benachbarten zweidimensionalen Elektronengases

•Ch. Weichsel, I. Pallecchi, S. Schnüll, Ch. Heyn und W. Hansen
Institut für Angewandte Physik und Zentrum für Mikrostrukturforschung, Universität Hamburg, Jungiusstrasse 11, D-20355 Hamburg

Mit Hilfe der Magnetokapazitätsspektroskopie untersuchen wir die Zustandsdichte eines zweidimensionalen Elektronengases (2DEG), das sich in der Nähe einer Schicht selbstorganisiert gewachsener InAs-Quantenpunkte befindet. Die Quantenpunkte wurden mittels Molekularstrahlepitaxie in eine Metall-Isolator-Halbleiter (MIS-) Heterostruktur eingebaut, in der über eine Gatespannung die Quantenpunkte und das 2DEG geladen werden können. Das Kapazitätsspektrum des 2DEG spiegelt direkt dessen Zustandsdichte wider. Im senkrecht zum 2DEG angelegten Magnetfeld werden die Landauniveaus sichtbar. Im Gegensatz zu Proben, in denen sich keine Quantenpunkte befinden, messen wir in Proben mit eingebauten Quantenpunkten, daß die Landauniveaubreite deutlich von der Zahl der gefüllten Landauniveaus abhängt. Die beobachtete Reduktion der Niveauverbreiterung mit zunehmender Energie ist in Übereinstimmung mit einem theoretischen Modell von Spies et al. [1]. Diese Arbeit wird im Rahmen des SFB 508 Quantenmaterialien unterstützt.

[1] L. Spies, W. Apel und B. Kramer: Phys.Rev.B 55, 4057(1997)

Einfluß der Eigenschaften von quasi eindimensionalen Kanälen auf die Genauigkeit von oberflächenwellen-induziertem quantisierten Strom

•Jens Ebbecke, Klaus Pierz und Franz-Josef Ahlers
Physikalisch-Technische Bundesanstalt, Bundesallee 100, 38116 Braunschweig

Eine auf GaAs propagierende akustische Oberflächenwelle wird von einer piezoelektrischen Welle begleitet. Das Feld dieser Welle wechselwirkt mit den Elektronen des im GaAs befindlichen zweidimensionalen Elektronengas (2DEG). Diese Wechselwirkung ist gering solange die Elektronendichte im 2DEG groß ist. Im Mündungsbereich eines quasi eindimensionalen Kanals nimmt die Elektronendichte ab. Das piezoelektrische Feld bildet dort einen Quantenpunkt aus dem 2DEG. Eine feste Anzahl n von Elektronen können bei großer Amplitude der Oberflächenwelle über den Potentialberg eines abgeschnürten Kanals transportiert werden. Der resultierende Strom I ist in Einheiten von I = e·f quantisiert, wobei e die Elementarladung eines Elektrons und f die Frequenz der Welle ist. Die Genauigkeit dieser Quantisierung wird von der relativen Amplitude der Oberflächenwelle und von den Eigenschaften des eindimensionalen Kanals bestimmt. Wir haben diese Zusammenhänge näher untersucht und stellen unsere Ergebnisse vor.

Interacting double quantum dot circuits

•A. Hüttel¹, H. Qin¹, A. Holleitner¹, H. Lorenz¹, K. Eberl² und R. Blick^1
1Sektion Physik, Ludwig-Maximilians-Universität, Geschwister-Scholl-Platz 1, D-80539 München, Germany
²Max-Planck-Institut für Festkörperforschung, Heisenbergstraße 1, D-70569 Stuttgart, Germany

Systems of coupled quantum dots offer many interesting perspectives, one of them being the possibility that they might someday provide an implementation of a solid state quantum computer. With this in mind, a system of two adjacent quantum double-dots (``qubits'') lithographically defined in a GaAs/AlGaAs heterostructure is presented. The various capacitive interactions and coupling effects between the two qubit circuits are characterized; tests for quantum coherence are conducted.

Project funded by the Schwerpunkt Quanteninformationsverarbeitung of the DFG.

Interference and interaction effects in multi-level quantum dots

•Daniel Boese^1,2, Walter Hofstetter³ und Herbert Schoeller^2,1
2Forschungszentrum Karlsruhe, Inst. für Nanotechnologie
³Theo. Physik III, Institut für Physik, Univ. Augsburg
¹Inst. für Theo. Festkörperphysik, Univ. Karlsruhe

Using renormalization group techniques, we study spectral and transport properties of a spinless interacting quantum dot consisting of two levels coupled to metallic reservoirs. For strong Coulomb repulsion U and an applied Aharonov-Bohm phase f, we find a large direct tunnel splitting |D| ~ (G/p)cos²(f/2)ln(U/w_c) between the levels of the order of the level broadening G. As a consequence we discover a many-body resonance in the spectral density which can be measured via the absorption power. Furthermore, we show that the system can be tuned into an effective Kondo model by changing the Aharonov-Bohm phase to f = p.

Coulomb-blockiertes Tunneln durch einzelne InAs-Quantenpunkte in einem Sattelpunktpotential

•Klaus Schmidt¹, Martin Versen¹, Claudia Bock¹, Ulrich Kunze¹, Dirk Reuter² und Andreas Wieck^2
1Werkstoffe der Elektrotechnik, Ruhr-Universität Bochum, 44780 Bochum
²Angewandte Festkörperphysik, Ruhr-Universität Bochum, 44780 Bochum

Mit Hilfe einer nanolithographischen Technik basierend auf dem Rasterkraftmikroskop wurden 100 nm x 60 nm große Punktkontakte in einer AlGaAs/GaAs-HEMT-Struktur (HEMT: High Electron Mobility Transistor) definiert. Bei Proben mit InAs-Quantenpunkten im Kanal traten deutliche Maxima im Anlaufbereich der Kennlinie auf. Wegen ihres magnetfeldabhängigen Verhaltens und der geringen Abmessungen der Engstelle wurden diese Resonanzen auf Coulomb-blockierten Elektronen-Transport durch den ersten angeregten Zustand einzelner InAs-Quantenpunkte in der Verengung zurückgeführt. Aus dem Spannungsabstand benachbarter Maxima konnte eine Coulomb-Blockadeenergie von ca. 10 meV für dieses System bestimmt werden. Über die Form, die relativen Intensitäten und dem Abstand der Leitwertsstrukturen zum Kontinuumssignal ließen sich Rückschlüsse auf die Zahl und Position der Quantenpunkte in der Engstelle ziehen. Mehrere Inseln im Punktkontakt führten auch zu einem unterschiedlichen Aufspalten der Maxima im differentiellen Leitwert bei Anlegen einer zusätzlichen Source-Spannung.

Leitwertquantisierung in einem Netz von Quantenpunktkontakten

•S. de Haan¹, A. Lorke², J.P. Kotthaus¹, W. Wegscheider³ und M. Bichler^4
1Sektion Physik und Center for NanoScience, LMU München, Geschw.-Scholl-Pl. 1, D-80539 München
²Laboratorium für Festkörperphysik, Gerhard-Mercator-Universität, Lotharstr. 1-21, ME 245, D-47048 Duisburg
³Institut für Angewandte und Experimentelle Physik, Universität Regensburg, D-93040 Regensburg
⁴Walter Schottky Inst., TU München, Am Coulombwall, D-85748 München

Mittels Elektronenstrahllithographie und naß chemischem Ätzen wurde im zweidimensionalen Elektronensystem einer GaAs/AlGaAs-Heterostruktur ein laterales Übergitter aus 55 ×96 Quantenpunktkontakten realisiert.

Variiert man die Elektronendichte mit Hilfe eines die gesamte Struktur überdeckenden metallischen Gates, so zeigen sich - ähnlich dem Verhalten einzelner oder doppelter Quantenpunktkontakte - bei ausreichend niedrigen Temperaturen (250mK) äquidistante Stufen im Leitwert des Netzes. Das System kann daher unabhängig von der aktuellen Probengeometrie als Material mit quantisiertem Leitwert betrachtet werden. Der Abstand benachbarter Leitwertstufen ist dabei kein ganzzahliges Vielfaches von 2e²/h, sondern beträgt überraschenderweise nur etwa ein Drittel dieses fundamentalen Werts. Verschiedene Ansätze, wie z.B. Rückstreuung von den Rändern der sich zwischen jeweils vier Quantenpunktkontakten ausbildenden gekoppelten Quantenpunkte, werden zur Erklärung dieser Beobachtung diskutiert.

Nonlinear electron transport in double quantum dots coupled to confined phonons

•Stefan Debald¹, Tobias Brandes² und Bernhard Kramer^1
1Inst. Theor. Physik, Universität Hamburg, Jungiusstr. 9, 20355 D-Hamburg
²Dep. of Physics, University of Manchester (UMIST), P.O. Box 88, Manchester M60 1QD, UK

We investigate the influence of electron-phonon interaction on the nonlinear electron transport through a double quantum dot in a free standing quantum well. In (partly) free standing structures, electron transport through double dots is suspected to show signatures of phonon confinement. We assume that such structures represent phonon cavities. With such a model we find by using a numerical approach a staircase-like phonon DOS superimposed by Van-Hove singularities for different cavity mode families.

Using a model by Brandes and Kramer [1] we also calculate the nonlinear inelastic electron current through a double dot at low temperatures. Within this model the transport is mediated by spontaneous emission of phonons. The current-voltage characteristic depends on the orientation of the double dot with respect to the geometry of the cavity. Moreover, it is possible to determine the family of the emitted phonons by the dot orientation. We show that the signatures of the confinement in the phonon DOS also show up in the electronic transport. The characteristic separation of the staircase-like features is determined by the cavity width. Therefore, it should be possible to detect the predicted phonon confinement effects in the electron current.
[1] T. Brandes and B. Kramer, Phys. Rev. Lett. 83, 3021 (1999)

Transport in quantum wires with impurities at finite temperature

•Tobias Kleimann¹, Maura Sassetti¹ und Bernhard Kramer^2
1Dipartimento di Fisica, INFM, Via Dodecaneso 33, I-16146 Genova
²I. Inst. Theor. Physik, Universität Hamburg, Jungiusstr. 9, D-20355 Hamburg

The effect of interactions in the transport properties of one-dimensional quantum dots formed by two impurities in GaAs-AlGaAs quantum wires can be investigated experimentally [1]. These studies show puzzling features in the conductance and spectrum to be interpreted [2]. We propose an inhomogenous interaction strength along the wire describing the experimental setup. By calculating the one particle Greens function we extract the effective Luttinger liquid exponents for the conductance [3] and find that power laws depend on the temperature range and the positions of the impurities with respect to the interaction landscape.

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Zuletzt geändert am 05.06.2001

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