22.05.2007
Coherent Semiconductor Optics
Meier, T., Thomas, P., Koch, S. W.
Wieder einmal haben die Marburger Halbleiter-Theoretiker um Stephan Koch ein neues Lehrbuch zur Halbleiteroptik vorgelegt. Dieses Buch verfolgt ein neues Konzept: Es will die Grundprinzipien der optischen Eigenschaften und dynamischen Prozesse in Halbleitern physikalisch verständlich machen, ohne dass der Leser vorher gezwungen ist, das „Dickicht“ der Materialeigenschaften zu durchdringen und dabei möglicherweise die Orientierung zu verlieren. Die Lösung, die die Autoren präsentieren, ist die Konzentration auf ein einzelnes überschaubares Modellsystem, das die wesentlichen Halbleitereigenschaften enthält – das eindimensionale tight-binding-Modell. Daran werden die Grundgleichungen der kohärenten Halbleiteroptik entwickelt und anspruchsvolle Anwendungen wie Halbleiter in elektrischen und magnetischen Feldern untersucht. Großes Gewicht wird der Analyse von Unordnungseffekten beigemessen.
Das Buch besteht aus drei Teilen: einer Einführung und zwei Teilen mit Anwendungen. Der erste Teil des Buches (Kap. 1–8) entwickelt auf 90 Seiten die Grundlagen der Theorie der optischen Eigenschaften in Mehrniveau-Systemen, wobei es das Gittermodell auch gestattet, Tunnelprozesse einzubeziehen.
Der theoretische Apparat führt traditionell über die zweite Quantisierung mit den einzeitigen Dichtematrizen (DM) zu den Halbleiter-Bloch-Gleichungen. Dem Buchtitel entsprechend, stehen kohärente Lösungen im Zentrum, bei denen die DM-Hierarchie (nach einer Idee von Axt und Stahl) in einer bestimmten Ordnung des optischen Feldes entkoppelt wird − hier aber für ein inhomogenes Gittersystem.
Der zweite Teil des Buches (125 Seiten) ist fundamentalen kohärenten optischen Prozessen – von der linearen Response bis zu Prozessen fünfter Ordnung im Feld – unter Einbeziehung von Unordnung gewidmet. Dabei stützen sich die Autoren auf ihre umfangreichen eigenen Resultate. Weitere Anwendungen finden sich im dritten Teil, wobei besonders die ausführliche Diskussion von Halbleitern in einem homogenen zeitabhängigen elektrischen Feld (Bloch-Oszillationen, dynamische Lokalisierung u. a.) sowie mesoskopische Halbleiterringe im Magnetfeld (Flussquantisierung, exzitonischer Aharonov-Bohm-Effekt) hervorzuheben sind.
Das Buch ist mathematisch klar geschrieben, die Herleitungen im ersten Teil lassen sich gut nachvollziehen. Nach den meisten Kapiteln findet der Leser Literaturempfehlungen, die allerdings sehr knapp gehalten sind. Die Darstellung der Resultate im zweiten und dritten Teil ist bisweilen etwas kurz geraten, sodass der Leser ohne die Originalarbeiten nicht auskommt.
Zusammengefasst – der Versuch einer „Halbleiteroptik light“ ist durchaus originell. Das Buch ist zwar kein Ersatz für einen vollwertigen Kurs in Halbleitertheorie, der Materialeigenschaften sowie die verschiedenen existierenden Modelle und theoretischen Methoden umfasst. Für Studenten, die auf kürzestem Wege zur aktuellen Forschung und einem qualitativen Verständnis der verschiedenen Prozesse vordringen wollen, ist das Buch aber sehr nützlich. Für Experten auf dem Gebiet der Halbleiteroptik werden die umfassenden Resultate für das tight-binding Modell eine interessante Ergänzung sein.
Das Buch besteht aus drei Teilen: einer Einführung und zwei Teilen mit Anwendungen. Der erste Teil des Buches (Kap. 1–8) entwickelt auf 90 Seiten die Grundlagen der Theorie der optischen Eigenschaften in Mehrniveau-Systemen, wobei es das Gittermodell auch gestattet, Tunnelprozesse einzubeziehen.
Der theoretische Apparat führt traditionell über die zweite Quantisierung mit den einzeitigen Dichtematrizen (DM) zu den Halbleiter-Bloch-Gleichungen. Dem Buchtitel entsprechend, stehen kohärente Lösungen im Zentrum, bei denen die DM-Hierarchie (nach einer Idee von Axt und Stahl) in einer bestimmten Ordnung des optischen Feldes entkoppelt wird − hier aber für ein inhomogenes Gittersystem.
Der zweite Teil des Buches (125 Seiten) ist fundamentalen kohärenten optischen Prozessen – von der linearen Response bis zu Prozessen fünfter Ordnung im Feld – unter Einbeziehung von Unordnung gewidmet. Dabei stützen sich die Autoren auf ihre umfangreichen eigenen Resultate. Weitere Anwendungen finden sich im dritten Teil, wobei besonders die ausführliche Diskussion von Halbleitern in einem homogenen zeitabhängigen elektrischen Feld (Bloch-Oszillationen, dynamische Lokalisierung u. a.) sowie mesoskopische Halbleiterringe im Magnetfeld (Flussquantisierung, exzitonischer Aharonov-Bohm-Effekt) hervorzuheben sind.
Das Buch ist mathematisch klar geschrieben, die Herleitungen im ersten Teil lassen sich gut nachvollziehen. Nach den meisten Kapiteln findet der Leser Literaturempfehlungen, die allerdings sehr knapp gehalten sind. Die Darstellung der Resultate im zweiten und dritten Teil ist bisweilen etwas kurz geraten, sodass der Leser ohne die Originalarbeiten nicht auskommt.
Zusammengefasst – der Versuch einer „Halbleiteroptik light“ ist durchaus originell. Das Buch ist zwar kein Ersatz für einen vollwertigen Kurs in Halbleitertheorie, der Materialeigenschaften sowie die verschiedenen existierenden Modelle und theoretischen Methoden umfasst. Für Studenten, die auf kürzestem Wege zur aktuellen Forschung und einem qualitativen Verständnis der verschiedenen Prozesse vordringen wollen, ist das Buch aber sehr nützlich. Für Experten auf dem Gebiet der Halbleiteroptik werden die umfassenden Resultate für das tight-binding Modell eine interessante Ergänzung sein.
Prof. Dr. Michael Bonitz, Institut für Theoretische Physik und Astrophysik, Universität Kiel
T. Meier, P. Thomas, S. W. Koch: Coherent Semiconductor Optics
Springer, Heidelberg 2007,
XIII + 319 S., geb.
ISBN 9783540325543
