| Lizenz: Creative Commons Namensnennung-NichtKommerziell-KeineBearbeitung 4.0 International (4MB) |
- URN zum Zitieren dieses Dokuments:
- urn:nbn:de:bvb:355-epub-364031
- DOI zum Zitieren dieses Dokuments:
- 10.5283/epub.36403
| Dokumentenart: | Hochschulschrift der Universität Regensburg (Dissertation) |
|---|---|
| Open Access Art: | Primärpublikation |
| Datum: | 5 Dezember 2017 |
| Begutachter (Erstgutachter): | Prof. Dr. Sergey D. Ganichev |
| Tag der Prüfung: | 1 Dezember 2017 |
| Institutionen: | Physik > Institut für Experimentelle und Angewandte Physik > Professor Ganichev > Arbeitsgruppe Sergey Ganichev |
| Stichwörter / Keywords: | Ratchet Effect, Magnetic Quantum Ratchet Effect |
| Dewey-Dezimal-Klassifikation: | 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 530 Physik |
| Status: | Veröffentlicht |
| Begutachtet: | Ja, diese Version wurde begutachtet |
| An der Universität Regensburg entstanden: | Ja |
| Dokumenten-ID: | 36403 |
Zusammenfassung (Englisch)
In the framework of this thesis, different magnetic quantum ratchet effects were firstly discovered which were generated by the excitation of dual grating gate samples with terahertz radiation in the presence of a magnetic field. These effects were observed in various CdTe and (Cd,Mn)Te samples with different parameters of the top gate structure. The observed magnetic quantum ratchet currents ...
Zusammenfassung (Englisch)
In the framework of this thesis, different magnetic quantum ratchet effects were firstly discovered which were generated by the excitation of dual grating gate samples with terahertz radiation in the presence of a magnetic field. These effects were observed in various CdTe and (Cd,Mn)Te samples with different parameters of the top gate structure. The observed magnetic quantum ratchet currents exhibit sign-changing magneto-oscillations with an amplitude by orders larger than the photocurrent at zero magnetic field. These oscillations are 1/B-periodic and they are in phase with the derivative of the Shubnikov-de Haas oscillations. The current amplitude and direction were controllably changed by the variation of the lateral potential asymmetry parameter, induced by the voltages applied to the thin or wide gate stripes. Moreover, the amplitude and the sign of the current oscillations were altered by the inplane orientation of the electric field in respect to the double grating gate structure for the linear magnetic ratchet effect or by the radiation helicity for the circular magnetic ratchet effect.
The photocurrent formation is well described in terms of the theory developed simultaneously to the experiments. Here, the lateral dual grating gate has two tasks: First, it induces a periodical lateral potential acting on the electrons in the quantum well and second, this grating modulates the incident radiation in the near-field and hence in the plane of the two-dimensional electron gas. In fact, the generated photocurrent consists of three different contributions, namely the Seebeck (polarization independent), the linear and the circular magnetic quantum ratchet current. They are caused by different physical principles which will be briefly explained in the following. The polarization independent photocurrent is well described in terms of the semiclassical theory of the Seebeck magnetic ratchet effects. The observed effect is driven by the periodic modulation of the electron temperature in the two-dimensional electron gas which is caused by the local heating induced by the electrical near-field diffraction at the dual grating gate structure. The theory of the Seebeck ratchet effect in the presence of a quantizing magnetic field shows that the ratchet current follows the longitudinal magneto-resistance oscillations and the numerical calculations of the Seebeck ratchet current fit well to the experimental data. The theoretical explanation of the polarization dependent ratchet currents considers the different polarization states of the radiation, the static conductivity tensor and the time-dependent spatially periodic electron density oscillations which are linear in both the electric field and the lateral potential. All considered mechanisms for explaining the magnetic ratchet effect were shown to be of orbital nature.
The idea of building a detector based on the ratchet effect to detect different polarization states of the radiation was realized by applying terahertz radiation to dual grating gate InAlAs/InGaAs/InAlAs/InP high electron mobility transistors resulting in a polarization sensitive photocurrent response at room temperature. This work demonstrates that high electron mobility transistors with an asymmetric lateral superlattice of gate fingers with unequal widths and spacing can be applied for generation of a photocurrent caused by linearly and circularly polarized radiation. Although the reported responsivity of field effect transistor detectors is higher than the ones obtained in this work, the measured currents change their amplitude and sign by variation of the polarization states as well as by changing the lateral asymmetry parameter which was not observed up to now. Furthermore, the obtained photocurrents can be proportional to one selected Stokes parameter simply by variation of the voltages applied to the individual gates, offering new possibilities for detecting.
Übersetzung der Zusammenfassung (Deutsch)
Im Rahmen dieser Arbeit wurden erstmals verschiedene magnetische Quanten-Ratschen-Effekte entdeckt, die durch die Anregung von Doppel-Gitter-Proben mit Terahertz-Strahlung in Anwesenheit eines Magnetfeldes erzeugt wurden. Diese Effekte wurden in verschiedenen CdTe- und (Cd,Mn)Te-Proben mit unterschiedlichen Parametern der Top-Gate-Struktur beobachtet. Die beobachteten magnetischen ...
Übersetzung der Zusammenfassung (Deutsch)
Im Rahmen dieser Arbeit wurden erstmals verschiedene magnetische Quanten-Ratschen-Effekte entdeckt, die durch die Anregung von Doppel-Gitter-Proben mit Terahertz-Strahlung in Anwesenheit eines Magnetfeldes erzeugt wurden. Diese Effekte wurden in verschiedenen CdTe- und (Cd,Mn)Te-Proben mit unterschiedlichen Parametern der Top-Gate-Struktur beobachtet. Die beobachteten magnetischen Quantum-Ratschen-Ströme haben richtungswechselnde Magneto-Oszillationen mit Amplituden, die um ein vielfaches größer sind als der Photostrom ohne angelegtem Magnetfeld. Diese Oszillationen sind 1/B-periodisch und sind in Phase mit der Ableitung der Shubnikov-de Haas-Oszillationen. Die Stromamplitude und -richtung wurden steuerbar durch die Variation des Asymmetrie-Parameters geändert, der durch die an die dünnen oder breiten Gate-Streifen angelegten Spannungen induziert wurde. Darüber hinaus wurden die Amplitude und das Vorzeichen der Stromoszillationen durch die planare Ausrichtung des elektrischen Feldes in Bezug auf die Doppelgitter-Struktur für den linearen magnetischen Ratschen-Effekt oder durch die Strahlungshelizität für den helizitären magnetischen Ratschen-Effekt verändert.
Die Photostrombildung ist durch die Theorie, die gleichzeitig mit den Experimenten entwickelt wurde, gut beschrieben. In der Theorie hat das Übergitter zwei Funktionen: Erstens induziert es ein periodisches laterales Potential, das auf die Elektronen im Quantentopf wirkt, und zweitens moduliert dieses Gitter die einfallende Strahlung durch Nahfeld-Beugung in der Ebene des zweidimensionalen Elektronengases. Tatsächlich besteht der erzeugte Photostrom aus drei verschiedenen Beiträgen, nämlich dem Seebeck (polarisationsunabhängig), dem linearen und dem zirkularen magnetischen Quanten-Ratschen-Strom. Sie werden durch verschiedene physikalische Prinzipien verursacht, die im Folgenden kurz erläutert werden. Der polarisationsunabhängige Photostrom ist im Hinblick auf die semiklassische Theorie des magnetischen Seebeck-Effekts gut beschrieben.
Der beobachtete Effekt wird durch die periodische Modulation der Elektronentemperatur im zweidimensionalen Elektronengas verursacht, die durch die lokale Erwärmung verursacht wird, welche durch das elektrische Nahfeld induziert wird. Die Theorie des Seebeck-Ratschen-Effekts in Gegenwart eines quantisierenden Magnetfeldes zeigt, dass der Ratschenstrom den longitudinalen Magneto-Widerstands-Oszillationen folgt und die numerischen Berechnungen des Seebeck-Ratschenstroms gut zu den experimentellen Daten passen. Die theoretische Erklärung der polarisationsabhängigen Ratschenströme berücksichtigt die unterschiedlichen Polarisationszustände der Strahlung, den statischen Leitfähigkeitstensor und die zeitabhängigen räumlich-periodischen Elektronendichte-Oszillationen, die sowohl im elektrischen Feld als auch im lateralen Potential linear sind. Es wurde gezeigt, dass alle in Betracht gezogenen Mechanismen zur Erklärung des magnetischen Ratscheneffekts von orbitaler Natur sind.
Die Idee, einen Detektor basierend auf dem Ratscheneffekt zu bauen, um unterschiedliche Polarisationszustände der Strahlung zu detektieren, wurde durch Terahertz-Strahlung auf InAlAs / InGaAs / InAlAs / InP-Transistoren realisiert, was zu einer polarisationsempfindlichen Photostromerzeugung bei Raumtemperatur führt. Diese Arbeit demonstriert, dass Transistoren mit hoher Elektronenmobilität mit einem asymmetrischen lateralen Übergitter zur Erzeugung eines Photostroms, der durch linear und zirkular polarisierte Strahlung verursacht wird, angewendet werden können. Obwohl die bereits gemessenen Empfindlichkeiten von Feldeffekttransistor-Detektoren höher sind, als die in dieser Arbeit erhaltenen, verändern die gemessenen Ströme ihre Amplitude und ihr Vorzeichen durch Variation der Polarisationszustände sowie durch Änderung des Asymmetrie-Parameters, was bisher nicht beobachtet wurde. Darüber hinaus können die erhaltenen Photoströme durch Variation der, an die einzelnen Gates angelegten, Spannungen proportional zu einem ausgewählten Stokes-Parameter sein und neue Möglichkeiten zur Detektion bieten.
Metadaten zuletzt geändert: 25 Nov 2020 20:45
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