Terahertz-Photoleitung von Quanten-Hall-Systemen

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Diese Arbeit untersucht experimentell die Terahertz-(THz)-Photoleitung in Quanten-Hall-(QH)-Systemen, sowohl hinsichtlich ihrer Anwendung als THz-Detektoren als auch für grundlegende Fragen zur Photoleitung. Als THz-Strahlungsquelle diente hauptsächlich ein p-Ge-Lasersystem, das bei etwa 2 THz emittiert (Photonenenergien von rund 10 meV). Die Messungen wurden an GaAs/AlGaAs- und HgTe/HgCdTe-Heterostrukturen bei 4 K und Magnetfeldern von 0 bis 8 T durchgeführt. Die photoinduzierte Änderung der Längsleitfähigkeit und des Längswiderstandes wurde in Abhängigkeit von Magnetfeld, Photonenenergie und Ladungsträgerkonzentration untersucht. Das Photosignal wird durch die Überlagerung des Zyklotronresonanz-(ZR)- und des Bolometer-Effektes erklärt. Die spektrale Auflösung Γ, relevant für Anwendungen, wurde aus magnetfeldabhängigen Messungen bestimmt, wobei der beste Wert von Γ = 1 meV bei etwa 8 meV Photonenenergie in einer Probe mit Corbino-Geometrie und einer Elektronenbeweglichkeit von 50 m²/(Vs) erreicht wurde. Zeitaufgelöste Messungen ermöglichten die Bestimmung der Relaxationszeit τ in Abhängigkeit von der Source-Drain-Spannung VSD, mit Werten von 10 ns bis über 200 ns. Die Abhängigkeit τ(VSD) wurde durch ein zwei-Niveau-Modell erklärt. Ein Teil der Untersuchungen an HgTe/HgCdTe-Systemen, für die bisher keine THz-Photoleitungsmessungen veröffentlicht waren, zeigte, dass aufgrund der geringen effektiven Masse ZR bei niedrigen Magnet