Nanostrukturen auf völlig neue Art betrachten
Quantenstrukturen, die aus einigen tausend Atomen bestehen, haben aufgrund ihrer potenziellen Einsatzmöglichkeiten in den Quanteninformationstechnologien beträchtliche Forschungsbemühungen ausgelöst. Insbesondere ist die Selbststrukturierung von Halbleiteroberflächen durch Flüssigmetalltröpfchen für die Fabrikation von Quantenstrukturen mit den gewünschten elektronischen und optischen Eigenschaften eingeführt worden. Noch bis vor kurzem konnte jedoch die gebildete Struktur nur anhand von Momentaufnahmen der abgeschreckten Proben analysiert werden, die mit Rastersondenmikroskopen angefertigt wurden. Während diese Verfahren durchaus wertvolle Informationen liefern, konnte nur indirekt auf den realen Wachstumsprozess geschlossen werden. Projektziel von TAQUS (Tailored quantum structures) war, diese Lücke zu füllen. Mit Hilfe von EU-Mitteln richteten die Wissenschaftler das erste Niedrigenergie-Elektronenmikroskop in Europa ein. Obgleich Elektronenlinsen ähnlich wie bei konventionellen Elektronenmikroskopen zum Einsatz kommen, unterscheidet es sich von ihnen in Hinsicht auf die Energien, über die Elektronen verfügen, wenn sie mit der Probenoberfläche in Wechselwirkung treten. Im Ergebnis dessen ist dieses einzigartige System oberflächensensitiv und wird die Sondierungstiefe durch Veränderung der Energie der Elektronen abgestimmt. Die Wissenschaftler setzten das neue Mikroskop dazu ein, Echtzeitfilme der Quantenstrukturbildung zu realisieren. Im Einzelnen erzielte man Filme über die Galliumarsenid-Quantenringbildung, wie sie während der Tröpfchenepitaxie gebildet wurden. Diese Beobachtungen bildeten die Grundlage für die Entwicklung eines theoretischen Modells davon, wie die verschiedenen Quantenringmorphologien entstehen. TAQUS hat die Mittel bereitgestellt, um Quantenstrukturen, die sich aus dem kollektiven Verhalten von Atomen ergeben, auf die Erfordernisse von Quantencomputing-Anwendungen zuzuschneiden. Die Nachbereitung konzentriert sich auf die Ergänzung der Niedrigenergie-Elektronenmikroskopie um bildgebende Verfahren einschließlich Ringdunkelfeldbildgebung, um zusätzliche nanostrukturelle Informationen zu gewinnen.
Schlüsselbegriffe
Halbleiter, Quantenstrukturen, TAQUS, Niedrigenergie-Elektronenmikroskop, Quantencomputing, Quantencomputer, Quantum Computing