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EU stärkt die Ausbildung im Bereich der Nanoelektronik durch Forschung

Eine EU-Initiative schuf Ausbildungsmöglichkeiten in der Quanten-Nanoelektronik. Ziel des Projekts war es, Führungskräfte von morgen im Bereich von Informationsverarbeitungs- und Speicherungsgeräten der nächsten Generation zu entwickeln, die die Grenzen von bestehenden komplementären Metall-Oxid-Halbleitern überschreiten.

Industrielle Technologien

Derzeit befassen sich ungefähr 1.000 Forscher mit dem Bereich der Quantennanoelektronik, außerdem gibt es jährlich rund 150 Dissertationen zu diesem Thema. Um die Bedürfnisse der Industrie in Bezug auf hoch qualifiziertes wissenschaftliches Personal in der Mikro- und Nanoelektronik und anderen Bereichen zu erfüllen, muss die Zahl der Doktoranden erhöht werden. Das Projekt Q-NET (Quantum nano-electronics training) ist ein europäisches Netzwerk von Experten, die junge Forscher zu den neusten Erkenntnissen aus diesem Bereich ausbilden. Besondere Schwerpunkte bilden die Themen Spintronik, molekulare Elektronik, Einzelelektronentechnik, Quantenpunkte und Nanodrähte sowie Nanokühlung. Ziel ist es, den Ausbildungsstand für europäische Forscher auf dem Gebiet der Quantennanoelektronik zu verbessern. Zu diesem Zweck wurden 14 Doktoranden und 2 Postdoktoranden ausgewählt, um sie zu einer großen Bandbreite an Fachwissen zu schulen. Q-NET integriert auch unterschiedlichstes ergänzendes Know-how, um die Beschäftigungsfähigkeit sowohl in Industrie als auch an akademischen Organisationen zu verbessern. Die Projektergebnisse waren vielfältig und zahlreich. Q-NET trug zum tiefen Verständnis von Quantensystemen auf der Grundlage individueller Nanoobjekte und phasenkohärenter Phänomene bei. Neue Konzepte, Materialien und Methoden wurden entwickelt und angewandt, um letztlich neue Nanostrukturarten mit spannenden neuen Eigenschaften zu schaffen. Obwohl es für seine außergewöhnlichen Eigenschaften bekannt ist, weist Graphen eine räumliche Dosierungsstörung auf, die sogenannten Elektronendefektstellen. Mit Rastertunnelmikroskopie an einem einzelnen Graphen-Gerät zeigten Forscher in Frankreich, dass Wellen und Ladungspfützen in abgeschirmtem Graphen räumlich korrelieren. Graphen-Quantenpunkte werden aufgrund ihrer vorhergesagten langen Spinlebensdauern als aussichtsreiche Kandidaten für Solid-State-Spin-Qubits angesehen. Um diese Qubits zu initialisieren, zu manipulieren und auszulesen, wird ein Zugang zu den diskreten Energieniveaus der Quantenpunkte benötigt. In der Schweiz führten Stipendiaten Finite-Bias-Spektroskopie eines Drei-Terminal-Graphenquantenpunkts durch, was ein reiches Spektrum von Linien einer verstärkten Leitfähigkeit außerhalb der Coulomb-Diamanten enthüllte. Das Kühlen von mikroskopisch kleinen Objekten auf Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt erfordert unkonventionelle Kühltechnologien. Q-NET-Stipendiaten in Frankreich und Italien schlugen einen neuen Entwurf für einen supraleitenden Kühlschrank vor, in dem die Kühlung in einer Kaskade von Schritten durchgeführt wird. Aufgrund dieses mehrstufigen Betriebs kann der Kühlschrank ein normales Metall mit verbesserter Leistung im Vergleich zu einem ähnlichen Kühlschrank abkühlen. In Finnland konnte ein weiteres Projekt die elektronische Thermometrie auf der Mikrosekundenskala demonstrieren. Das Gerät basiert auf einem Supraleiter-Isolator-normales Metall-Tunnelübergang gekoppelt mit einer Radiofrequenzresonanzschaltung. Q-NET organisiert vier Sitzungen der European School on Nanosciences and Nanotechnologies in Bezug auf Quantennanoelektronik, wo sowohl theoretische als auch praktische Ausbildung kombiniert wurden. Die Ergebnisse des Projekts wurden auch in zahlreichen Fachzeitschriften veröffentlicht.

Schlüsselbegriffe

Quanten-Nanoelektronik, Q-NET, Spintronik, Quantenpunkte, Nanokühlung, Qubits  

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