Simulation von Halbleiterbauelementen für Quantentechnologien

Die Gruppe arbeitet zu den folgenden anwendungsorientierten Forschungsthemen des WIAS:

Halbleiterlaser sind kompakte, effiziente und zuverlässige Lichtquellen und stellen Schlüsselkomponenten für zahlreiche, moderne technologische Anwendungen dar. In Abhängigkeit von den verwendeten Halbleitermaterialien sowie den Geometrien der Bauelemente weisen diese Lasersysteme eine Vielzahl komplexer dynamischer Zustände auf. Diesen liegen nichtlineare Prozesse und Bifurkationen zugrunde, die umfassend untersucht werden müssen. Erst durch deren Verständnis wird die Entwicklung neuer, anwendungsspezifischer Bauelemente möglich. [>> more]

Moderne Halbleiter- und Optoelektronik wie Halbleiterlaser oder organische Feldeffekttransistoren basieren auf Halbleiterstrukturen, die z.B. durch Dotierungsprofile, Heterostrukturen oder Nanostrukturen gegeben sein können. Um das Verhalten dieser Bauelemente qualitativ und quantitativ zu beschreiben und zu optimieren, ist die mathematische Modellierung und Simulation der funktionsbestimmenden bzw. -limitierenden Ladungstransportvorgänge notwendig. Im Rahmen der Green Photonics Initiative stehen auch energieeffizientere Bauteile sowie neue Anwendungen im Bereich der erneuerbaren Energien, Kommunikationstechnologien und Beleuchtung im Vordergrund. [>> more]

Die Modellierung von Elektronen in Halbleiter-Nanostrukturen und Molekülen erfordert eine quantenmechanische Beschreibung mithilfe der Schrödinger-Gleichung. In Halbleitern lässt sich so z.B. die elektronische Bandstruktur verstehen, welche die Funktionalität von Bauelementen bestimmt. Die Simulation zeitabhängiger Prozessen wie z.B. der kohärenten Evolution von Elektronen in Halbleiter-Nanostrukturen oder der Ablauf von chemischen Reaktionen ist für zahlreiche Anwendungen von großem Interesse. Zur Modellierung dissipativer Prozesse werden Evolutionsgleichungen für Dichtematrizen betrachtet, welche die Wechselwirkung mit der makroskopischen Umgebung beschreiben. [>> more]