Promotionsvortrag von Philipp Schering

Die kohärente Kontrolle eines Ladungsträgerspins, der in einem Halbleiterquantenpunkt lokalisiert ist, sowie die Erzeugung langlebiger Zustände zur  Informationsspeicherung sind von besonderem Interesse für die Quanteninformationsverarbeitung. Solch ein Spinwechsel wirkt hauptsächlich mit den ihn umgebenden Kernspins im Quantenpunkt, was durch das Zentralspinmodell beschrieben werden kann. Durch periodische Anregung mit zirkular polarisierten Laserpulsen lässt sich die Spindynamik in Quantenpunkten in ein Nichtgleichgewicht treiben, wodurch verschiedene Phänomene auftreten können, die sich in Experimenten beobachten lassen. In dieser Arbeit werden theoretische Modelle und semiklassische Methoden entwickelt, um die getriebene Spindynamik unter experimentellen Bedingungen zu simulieren. Im Falle eines angelegten transversalen Magnetfelds zeigt sich, dass der Teil des „Spin Mode Locking” Effekts (Synchronisation von Spin-Moden), welcher aufgrund einer durch die Kernspins induzierten Frequenzfokussierung entsteht, eine nicht-monotone Abhängigkeit von der Magnetfeldstärke aufweist, mit starken Parallelen zu experimentellen Beobachtungen. Verantwortlich für das komplexe Verhalten sind verschiedene Kernspinresonanzen bezogen auf die Wiederholungsrate der Laserpulse. Hieraus ergibt sich eine neue Art von Kernspinresonanzspektroskopie, durch welche die langlebigen Nichtgleichgewichtszustände untersucht werden können. Im Falle eines angelegten longitudinalen Magnetfelds wird der Einfluss der Pulsleistung auf den „Spin Inertia” (Spinträgheit) und den „Polarization Recovery” (Wiederherstellung der Spinpolarisation) Effekt untersucht. Die zugehörigen Experimente lassen sich durch das entwickelte Modell quantitativ verstehen und beschreiben. In diesem Zusammenhang wird ein neuer Effekt vorhergesagt, welcher als „Resonant Spin Amplification in Faraday Geometry” (Resonante Spinverstärkung in Faraday Geometrie) bezeichnet wird und die direkte Bestimmung des longitudinalen g Faktors der Ladungsträger ermöglicht. Optimale Bedingungen für dessen Beobachtung und Möglichkeiten zu Verbesserung seiner Sichtbarkeit werden aufgezeigt. Der Vergleich mit kürzlich durchgeführten Experimenten, welche die Existenz des Effekts bestätigen, zeigt eine hervorragende Übereinstimmung.