Zusammenfassung

Zusammenfassung
Wird ein Quantensystem einem zeitabhängigen externen Feld ausgesetzt, tritt eine
Vielzahl von Phänomenen auf, die innerhalb der gewöhnlichen stationären Quantenmechanik
nicht zugänglich sind. Zudem lassen sich diese Phänomene oftmals durch die gezielte Anwendung geeigneter Felder kontrollieren und manipulieren. Moderne opto-elektronische
Geräte, Laser-kontrollierte chemische Reaktionen sowie die Erzeugung von verschränkten
Zuständen zum Einsatz in der Quanteninformatik sind nur einige Beispiele der Anwendungsmöglichkeiten resultierend aus einer effizienten Kontrolle der Quantendynamik.
Wird ein Quantensystem einem Halb-Zyklus-Puls (half-cycle pulse, HCP) ausgesetzt,
können Effekte auftreten, die sich aufgrund der hoch asymmetrischen Eigenschaften des
HCP in ihrer Qualität deutlich von denen unterscheiden, die beobachtbar sind, wenn ein
kontinuierlicher Laser (CW lasers) oder fast symmetrische Laserpulse verwendet werden.
In der vorliegenden Arbeit untersuchen wir Möglichkeiten zur Kontrolle der Dynamik von
Quantensystemen durch den Einsatz von HCPs. Insbesondere betrachten wir die Dynamik
von drei physikalischen Systemen.
Das erste hier betrachtete Quantensystem besteht aus einem polaren zweiatomigen
Molekül angetrieben von einer Sequenz von HCPs. Basierend auf einem einfachen analytischen Modell haben wir die Charakteristika und Parameter der HCPs bestimmt, die eine
starke und dauerhafte nicht-adiabatische Orientierung der molekularen Achse veranlassen
können. Zusätzlich wurde eine Optimierung des Kontrollprozesses für das NaI-Molekül mit
Hilfe von voll-numerischen Berechungen durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen, dass die innerhalb unseres Schemas erlangte molekulare Orientierung stärker ist als bei herkömmlichen
Methoden und dass sie gegenüber Temperaturschwankungen bis zu ca. 10 K stabil bleibt.
Das zweite physikalische System, welches in dieser Arbeit untersucht wird, ist die Quantendynamik eines in einem symmetrischen Doppel-Quantentrog eingeschlossenen Elektrons,
das zudem von HCPs zeitlich angetrieben wird. Unterliegt solch ein System einer Sequenz
von HCPs, können sowohl die Bewegung als auch das Emissionsspektrum des Elektrons
auf einer Femtosekunden-Zeitskala verändert werden. Einige interessante Phänomene wie
die Emission von Strahlung niedriger Frequenzen sowie die kohärente Unterdrückung des
Tunnelprozesses in Abwesenheit der Entartung der Quasi-Energien werden vorhergesagt.
Schließlich untersuchen wir die dynamischen Eigenschaften eines dünnen ballistischen
mesoskopischen Rings (MR) in Anwesenheit von HCPs. Wir zeigen, dass die Anwendung
eines einzelnen HCPs auf einen ballistischen MR zu einer ultraschnellen Erzeugung einer Polarisation der Ladungsdichte im Ring führt. Wird ein dünner ballistischer MR der Wirkung
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von zwei orthogonal und linear polarisierten HCPs ausgesetzt, kann im Ungleichgewicht ein
Strom im Ring induziert werden. Der induzierte Strom hält an, solange die Kohärenz der
Ladungsträger erhalten bleibt. Einige potentielle Anwendungen und die Möglichkeit des
experimentellen Nachweises dieses Stromes werden erläutert.