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FP7

Spiderman Ergebnis in Kürze

Projektreferenz: 293578
Gefördert unter: FP7-PEOPLE
Land: Österreich

Heißbegehrt: Spindynamik in SiGe-Quantenpunkten

Ein einzelner Elektronenspin, eingeschlossen in einem Quantenpunkt, stellt eine der vielversprechendsten Umsetzungen eines Quantenbits (Qubits) dar. Während sich die Forschungsanstrengungen bislang hauptsächlich auf Elektronen konzentrierten, haben EU-Wissenschaftler nun vorgeschlagen, Löcher zu untersuchen.
Heißbegehrt: Spindynamik in SiGe-Quantenpunkten
Das von der EU finanzierte Projekt SPIDERMAN (Electronic transport and spin dynamics through SiGe self-assembled quantum dots) erforschte das Potenzial von Silizium-Germanium-Nanostrukturen (SiGe) für die Realisierung von Spin-Qubits. In Silizium wie auch Germanium können Elektronenspins aufgrund der geringen Hyperfeinwechselwirkung lange Relaxations- und Kohärenzzeiten haben. Es stellte sich heraus, dass die Spinkohärenzzeiten für Elektronen in Silizium nahezu 1 Sekunde erreichen können. Viel weniger ist jedoch über eingeschlossene Löcher bekannt, die eine noch geringere Hyperfeinwechselwirkung aufweisen.

Das SPIDERMAN-Team hat die Realisierung von SiGe-Quantenpunktbauelementen aus Nanostrukturen zum Ziel. SiGe-Nanostrukturen wurden durch Selbstorganisation über gitterfehlangepasstes heteroepitaktisches Wachstum hergestellt, wobei Ge auf einem Si-Substrat abgeschieden wurde.

Im Rahmen des Projekts gelang den Wissenschaftlern die Modulierung des Loch-g-Faktors bei SiGe-Nanostrukturen, d. h. der Reaktion des Spins von in SiGe eingeschlossenen Löchern auf ein äußeres Magnetfeld. Die gigantischen Modulationen wurden realisiert, indem ein elektrisches Feld entlang der Wachstumsrichtung angelegt wurde. Solch ein elektrisch abstimmbarer Loch-g-Faktor in Quantenpunkten ist ein wichtiges Ziel für Anwendungen beim Quantencomputing sowie in der Spintronik.

Zudem setzten die Wissenschaftler den die Valenzbandstruktur beschreibenden Luttinger-Hamiltonoperator ein, um eine Erklärung für dieses ungewöhnliche Verhalten zu finden. Sie führten die starke Modulation des Loch-g-Faktors auf eine relative Verschiebung der Schwerloch- und Leichtloch-Wellenfunktionen beim Anlegen eines elektrischen Felds zurück.

Die Projektresultate von SPIDERMAN legen nahe, dass Lochspins in selbstorganisierten SiGe-Nanostrukturen mit Frequenzen in der Größenordnung von 100 MHz elektrisch manipuliert werden können. Die durchgeführten experimentellen Arbeiten heben das bislang größtenteils übersehene Potenzial der Löcher als Spin-Qubits hervor und stellten die ersten wichtigen Schritte in Richtung der Realisierung eines Loch-Spin-Qubits in selbstorganisierten SiGe-Nanostrukturen dar.

Verwandte Informationen

Schlüsselwörter

Spindynamik, Quantenpunkte, Elektronenspin, SPIDERMAN, Silizium-Germanium, Loch-g-Faktor
Datensatznummer: 175007 / Zuletzt geändert am: 2016-09-27
Bereich: Industrielle Technologien