Vibrational Excitations in Multilayer Nanostructures

Zu den enormen Fortschritten der Halbleiter-Nanotechnologie der letzten Jahrzehnte gehören Epitaxieverfahren, hochauflösende Lithografie, Ätz- und Mikrowellenplasma-Technologien. Sie haben die Herstellung verschiedener künstlicher Halbleiter­strukturen mit unterschiedlichen Geometrien ermöglicht: präzise im atomaren Maßstab. Damit gelingt es, quasi-freie Elektronen in diesen Halbleiterstrukturen in einer, zwei oder drei Dimensionen in schmale Potentiale einzuschließen, sodass Quanteneffekte signifikant werden. Diese niederdimensionalen Halbleiterstrukturen ermöglichen nicht nur die Miniaturisierung und Verbesserung der Funktionalität und Effizienz von elektronischen und optischen Bau­elementen, sondern führen auch zur Herstellung neuartiger Bauelemente mit völlig neuen Funktionsprinzipien, von denen beispielsweise die Quantenpunkte bereits den Weg in den Alltag gefunden haben. Der rasche Anstieg der Forschung und Publikationen belegt die enorme Bedeutung dieses Forschungsgebiets.

Das Buch von Beril, Fomin und Starchuk widmet sich der theoretischen Untersuchung der Rolle der schnellen Polarisation (Valenzelektronen und Plasmonen der quasi-freien Elektronen) und der langsamen Polarisation (polare optische Phononen) bei der Bildung von polaritonischen, polaronischen, exzitonischen und bipolaronischen Zuständen in verschiedenen Geometrien von Mehrschichtstrukturen. Dazu gehören planare, zylindrische und sphärische Strukturen sowie Supergitter. Dieses Forschungsthema ist von großer physikalischer Relevanz.

Die drei Autoren ergänzen und erweitern die Theorie langwelliger optischer Phononen und der Elektron-Phonon-Wechselwirkung des bekannten dielektrischen Kontinuum-Modells niederdimen­sio­naler Strukturen, die z. B. in Mono­grafien wie „Phonons in Nanostructures“ von M. A. Stroscio and M. Dutta (Cambridge 2001) ausführlich dargestellt sind. Die Autoren ergänzen die Ergebnisse bestehender Theorien über die elektrischen und optischen Eigenschaften von Mehrschichtsys­temen auf der Grundlage der exakten Hamilton-Funktionen der Elektron-Phonon-Wechselwirkung und fassen ihre Arbeiten auf diesem Gebiet zusammen.

Das Buch ist in neun Kapitel unterteilt, die einen umfassenden Einblick in die Arbeiten der Autoren zur Wechselwirkung von Elektronen mit langwelligen optischen Phononen, Polaritonen, Pola­ronen, Wannier-Mott-Exzitonen, Bipolaronen, kinetischen Effekten und Raman-Streuung in diesen künstlichen dimensions­reduzierten Nanostrukturen geben.

Die Rechnungen sind klar und übersichtlich dargestellt. In der aktu­ellen Form ist das Buch für fortgeschrittene Studierende, Forschende anderer Forschungsbereiche und Experimentatoren nützlich, die über hinreichende Vorkenntnisse verfügen. Eine etwas ausführlichere Diskussion der verwendeten Näherungen und der Ergebnisse, etwa von Grenzfällen, einige weitere Abbildungen zur Veranschaulichung, z. B. der Feldverteilung und der Dispersionsrelation der verschiedenen Moden, sowie der Vergleich der Ergebnisse mit denen anderer Autoren wäre an manchen Stellen nützlich gewesen – gerade für diejenigen, die mit diesem Gebiet nicht so vertraut sind. Unabhängig von diesen wünschenswerten Verbesserungen ist das Buch von großem wissenschaftlichen Wert.

Lutz Wendler, Jena