Projektbeschreibung
Kontrollierter Spin: verbesserte Elektronen-Photonen-Interaktionen dank Exzitonen
Interaktionen zwischen Materie und Licht auf der Ebene einzelner Atome oder Elektronen und Photonen haben zu einem besseren Verständnis von Quantenphänomenen sowie einer Vielzahl neuer Anwendungen geführt. Was die Quanteninformationsverarbeitung angeht, ist diese Interaktion notwendig, um die für supereffiziente Datenautobahnen nötige Steuerung, Integrität und Entfernung zu ermöglichen. Allerdings ist die Interaktion zwischen Elektronen und Photonen schwächer als erhofft. Exzitonen, d. h. stark gebundene Elektronenlochpaare, interagieren hingegen recht stark mit Licht. Das EU-finanzierte Projekt SingExTr macht sich die einzigartigen Eigenschaften von Exzitonen in Transistoren mit einzelnen Exzitonen zunutze, um einen exzitonischen Transport mit genau den richtigen Eigenschaften für eine Fülle an Anwendungen bereitzustellen.
Ziel
The spin degree of freedom of an electron captures the essence of quantum mechanics. Via a phenomenon called Coulomb blockade, electrons can be loaded one-by-one into a microscopic device, and their spin can be probed by electrical or optical readouts, satisfying some criteria to construct a quantum processor.
Unfortunately, electrons interact indirectly with light (photons), essential for ultra-fast coherent control and to communicate the quantum information over long distances. Conversely, an exciton – a quasiparticle consisting of a strongly bound electron-hole pair in a semiconductor – interacts with light very strongly. With the emergence of atomically thin semiconductors which have exciton binding energies and Coulomb interactions ~ 100x larger than traditional semiconductors such as GaAs, it is possible to engineer a single exciton transistor. In this fellowship, I propose to pursue excitonic transport and controlled electrostatic trapping of single excitons. To realize such devices, I will stack atom-thick flakes together to form 2D heterostructures which allow separation of the electron and hole into different layers, creating an interlayer exciton which has a long lifetime, a large permanent dipole, and convenient energy scales. The interlayer excitons can strongly interact with each other, providing the repulsion energy to realize excitonic Coulomb blockade. Success in this endeavor opens a path to realizing novel sources of single photons, entangled photons, and efficient spin-photon interfaces.
This Fellowship will offer me the opportunity to acquire new skills regarding magneto-optical spectroscopy, quantum optics, transport device design and fabrication. It builds on my PhD project, where I focused on intralayer excitons in 2D materials and heterostructure fabrication. This project exploits my strong background in material/device preparation and marries it with quantum optics, which is the expertise of host group.
Wissenschaftliches Gebiet (EuroSciVoc)
CORDIS klassifiziert Projekte mit EuroSciVoc, einer mehrsprachigen Taxonomie der Wissenschaftsbereiche, durch einen halbautomatischen Prozess, der auf Verfahren der Verarbeitung natürlicher Sprache beruht. Siehe: https://op.europa.eu/en/web/eu-vocabularies/euroscivoc.
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