@phdthesis{Kiessling2009,
  author    = {Kießling, Tobias},
  title     = {Symmetry and Optical Anisotropy in CdSe/ZnSe Quantum Dots},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-40683},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2009},
  abstract  = {Halbleiter Quantenpunkte (QDs) erregen immenses Interesse sowohl in der Grundlagen- als auch der anwendungsorientierten Forschung, was sich maßgeblich aus ihrer m{\"o}glichen Nutzung als Fundamentalbausteine in neuartigen, physikalisch nicht-klassischen Bauelementen ergibt, darunter die Nutzung von QDs als gezielt ansteuerbare Lichtquellen zur Erzeugung einzelner Paare polarisationsverschr{\"a}nkter Photonen, was einen Kernbaustein in den intensiv erforschten optischen Quantenkryptographiekonzepten darstellt. Ein goßes Hindernis stellen hierbei die in allen aktuell verf{\"u}gbaren QDs intrinsisch vorhandenen, ausgepr{\"a}gten Asymmetrien dar. Diese sind eine Begleiterscheinung der selbstorganisierten Wachstumsmethoden der QDs und sie treten in verschiedenen Gestalten, wie Formasymmetrie oder inhomogenen Verspannungsverh{\"a}ltnissen innerhalb der QDs, auf. Im Gegenzug verursachen jene Asymmetrien deutliche Anisotropien in den optischen Eigenschaften der QDs, wodurch das optische Ansprechverhalten klassisch beschreibbar wird. Aus Sicht der anwendungsorientierten Forschung stehen Asymmetrien daher im Ruf ungewollte Nebeneffekte zu sein und es wird mit großem Aufwand daran geforscht, diese unter Kontrolle zu bringen. F{\"u}r die Grundlagenforschung sind anisotrope QDs jedoch ein interessantes Modellsystem, da an ihnen fundamentale Quantenphysik beobachtbar ist, wobei anders als in Atomen die einschn{\"u}renden Potentiale nicht zwangsl{\"a}ufig zentralsymmetrisch sein m{\"u}ssen. Auf der Basis winkel- und polarisationsaufgel{\"o}ster Photolumineszenzuntersuchungen (PL) wird die Anisotropie des linearen Polarisationsgrades in der Lumineszenzstrahlung (kurz: optische Anisotropie) der an CdSe/ZnSe-QDs gebundenen Exzitonen untersucht. Es wird gezeigt, dass die Elektron-Loch Austauschwechselwirkung in asymmetrischen QDs zu einer effektiven Umwandlung linearer in zirkulare Polarisationsanteile und umgekehrt f{\"u}hrt. Die experimentellen Befunde lassen sich erfolgreich im Rahmen eines Exziton-Pseudospinformalismus, der auf der durch die Austauschwechselwirkung induzierten Feinstruktur der hellen Exzitonzust{\"a}nde basiert, beschreiben. Dies legt nahe, dass QDs funktionelle Bauelemente in hochintegrierten rein optischen Architekturen jenseits der viel diskutierten nichtklassischen Konzepte darstellen k{\"o}nnen, insbesondere als optische Polarisationskonverter und/oder -modulatoren. Weiterhin wird der Exziton-Pseudospinformalismus in Untersuchungen zur optischen Ausrichtung in QDs genutzt und gezeigt, wie so die anders nicht direkt messbare Symmetrieverteilung eines Ensembles von QDs detektiert werden kann. Diese Messungen stellen ein wertvolles Bindeglied zwischen optischen und strukturellen Untersuchungen dar, da sie einen direkten experimentellen Zugang zum mit topologischen Methoden nicht einsehbaren Anordnungsverhalten eingekapselter QDs liefern. Abschließend wird die optische Anisotropie unter Anlegung eines Magnetfeldes in der QD-Ebene untersucht. Dabei wird beobachtet, dass die Achse der linearen Polarisation der Lumineszenzstrahlung entweder entgegengesetzt zur Magnetfeldrichtung in der Probenebene rotiert oder fest entlang einer gegebenen kristallographischen Achse orientiert ist. Eine qualitative Auswertung der Ergebnisse auf der Basis des exzitonischen Pseudospin-Hamiltonian belegt, dass diese Polarisationsanteile durch isotrope und anisotrope Beitr{\"a}ge des Schwerloch Zeeman Terms begr{\"u}ndet werden, wobei die anisotropen Anteile f{\"u}r ein kritisches Magnetfeld von B=0, 4 T gerade die forminduzierten uni-axialen Polarisationsanteile kompensieren, so dass ein optisches Verhalten resultiert, das man f{\"u}r hochsymmetrische QDs erwarten w{\"u}rde. Zur quantitativen Beschreibung wurde der vollst{\"a}ndige k.p-Hamiltonianin der Basis der Schwerlochexzitonzust{\"a}nde numerisch ausgewertet und damit die optische Polarisation als Funktion der Magnetfeldst{\"a}rke und -orientierung berechnet. Die Modellrechnungen stimmen mit die gemessenen Daten im Rahmen der experimentellen Unsicherheit mit einem jeweils probenspezifischen Parametersatz quantitativ {\"u}berein. Dabei wird gezeigt, dass ein Ensemble von QDs ein optisches Signal, das man f{\"u}r hochsymmetrisches QDs erwarten w{\"u}rde, erzeugen kann ohne dass eine Symmetrisierung der hellen Exzitonzust{\"a}nde stattfindet, wie sie f{\"u}r nicht-klassische Anwednungen notwendig ist. Daraus ergibt sich, dass Konzepte, die Magnetfelder in der Probenebene zur Symmetrisierung des optischen Signals nutzen, mindestens die vier stark durchmischten Schwerlochexzitonzus{\"a}nde ber{\"u}cksichtigen m{\"u}ssen und eine Beschreibung, die nur die beiden hellen Exzitonzust{\"a}nde in Abwesenheit magnetischer Felder beinhaltet, zu kurz greift. F{\"u}r die kontrovers gef{\"u}hrte Diskussion bez{\"u}glich aktueller experimenteller Studien zur Erzeugung polarisationsverschr{\"a}nkter Photonen in asymmetrischen QDs ist daher zu verstehen, dass von solch einer vereinfachten Beschreibung nicht a priori erwartet werden kann, verl{\"a}ssliche Ergebnisse in Bezug auf exzitonische Bellzust{\"a}nde zu erzeugen.},
  subject      = {Quantenpunkt},
  language  = {en}
}