Neuartige Hybridnanostrukturen für Quantencomputing
Innerhalb von COSPINNANO (Coherent spin manipulation in hybrid nanostructures) haben die Forscher Hybridnanostrukturen gefertigt, um die verschiedenen Prozesse zu sondieren, welche die Spindynamik in diesen Systemen lenken. Sie bewerteten Top-down- und Bottom-up-Ansätze der Nanofertigung, so etwa Elektronenstrahllithografie bzw. atomare Selbstorganisation. Erste Aktivität war die Vorbereitung geeigneter Nano-Verbindungsstellen für innovative Bauelementetechnologien wie etwa Memristoren, welche die Realisierung kompakter Festspeicher gestatten. Die Forscher konnten mit Erfolg das Widerstandsschalten in Ag2S-basierten memristiven Bauelementen steuern und demonstrierten das Hochgeschwindigkeitsschalten bei Raumtemperatur. Mittels Punktkontakt-Andreev-Reflexionsspektroskopie erkundeten sie die Beschaffenheit des Elektronentransports im aktiven Volumen von memristiven Verbindungsstellen. Aus der Untersuchung ging hervor, dass die EIN- und AUS-Zustände echten hochtransparenten Metallkanälen im Nanometermaßstab entsprechen. Weiterer Schwerpunkt war das Schneiden von Graphennanobändern und das Aufbringen von Nanoschaltkreisen auf diese. Hybridnanoschaltkreise auf Basis von Kohlenstoff und einem Halbleiter erfordern hochleitfähige Leitungsdrähte, die zu metallischen, supraleitenden und ferromagnetischen Anschlüssen kompatibel sind. Die Forscher beobachteten bei den hergestellten Graphennanobändern hohe Werte an Elektronentransportraten. Für derartige Zwecke konzipierte Graphennanobänder wurden innerhalb des breiten Temperaturbereichs von 1-300 K gefertigt und getestet. Anhand dieses Ergebnisses demonstrierte man, dass diese Graphenstrukturen mit Erfolg als Basisbausteine multifunktionaler Nanobauelemente Einsatz finden können. Experimentelle Aktivitäten umfassten gleichermaßen Spinmessungen von Quantenpunktkontakten, die in niederdimensionalen Halbleitersystemen (Galliumarsenid/Aluminium-Gallium-Arsenid-Heterostrukturen) umgesetzt wurden. Diese Arbeit trug zu einem besseren Verständnis des Einflusses des Eingrenzungspotenzials auf die Spinorientierung in den angrenzenden eindimensionalen elektronischen Unterbändern bei. Überdies untersuchte das Team den Ursprung der Leitwertanomalien an diesen Quantenpunktkontakten. Neuartige Hybridnanostrukturen verschaffen die Gelegenheit, Elektronenladung und Spindynamik in multifunktionalen Bauelementen zu untersuchen. Dazu zählen schnell schaltende Bauelemente, kombinierte logische und speichernde Bauelemente sowie Halbleiter-Spin-Qubits auf Basis von Quantenpunkten. Die Projektresultate tragen überdies dazu bei, einen Weg zu finden, um den Spin der einzelnen Elektronen zu manipulieren. Diese, wenn auch gewaltige technische Herausforderung wird die Quanteninformationsverarbeitung dann allerdings zu neuen Paradigmen hinführen.
Schlüsselbegriffe
Hybridnanostrukturen, Quantencomputing, COSPINNANO, Spindynamik, memristiv
