Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Hochqualitative Quantenpunkte mit leichten Löchern im Grundzustand realisiert!

05.12.2013
Wissenschaftlern am Institut für Integrative Nanowissenschaften des IFW Dresden und an der Johannes Kepler Universität (JKU) ist es nun in Kooperation mit Kollegen am Kavli Institut der TU Delft und am Max-Planck Institut für Festkörperforschung Stuttgart gelungen, hochqualitative Quantenpunkte mit einem leichten Loch im Grundzustand zu realisieren.

Halbleiter-basierte Quantensysteme gelten als vielversprechende Bausteine für zukünftige Systeme für hochsichere Datenübertragung. In diesem Feld könnten leichte Löcher in Quantenpunkten als Zwischenspeicher für "Quantenbits" zum Einsatz kommen.


Lichtemission eines Quantenpunkts in einer Nanomembran unter Zugspannung. Die Beteiligung eines leichten Lochs in der Rekombination äußert sich durch vertikal polarisiertes Licht (gelbe Welle).

Graphik: IFW Dresden

Ein Quantenpunkt ist eine Halbleiternanostruktur, die aus einigen zehntausenden Atomen besteht und die in der Lage ist, die Bewegung von Elektronen in allen Raumrichtungen einzuschränken. In dieser Hinsicht ähnelt ein Quantenpunkt einem Atom, in dem die Elektronen am Kern gebunden sind und sich daher nicht frei bewegen können.

Wie im Falle eines Atoms können Elektronen auch in einem Quantenpunkt von ihrem Grundzustand durch Zufuhr von Energie in einen angeregten Zustand gebracht werden. Die Rückkehr (Rekombination) des angeregten Elektrons in den Grundzustand kann in beiden Fällen von Lichtemission begleitet werden. Dieses Phänomen ist die Basis für die Funktionsweise der Lichtröhre (die atomare Gase benutzt) und von Leuchtdioden und Lasern (die aus Halbeleitermaterialien bestehen).

Die Eigenschaften des emittierten Lichtes, wie z. B. Farbe und Polarisation, sind eng mit den Eigenschaften der angeregten Grundzustände verbunden. In einem undotierten Halbleiter befinden sich die Elektronen im Grundzustand in den sogenannten Valenzbändern. Nach der Anregung hinterlässt ein Elektron ein "Loch" in einem der Valenzbänder, das sich wie ein Teilchen verhält und abhängig vom Band eine schwere oder leichte "Masse" besitzt. Bei den Quantenpunkten, die bisher realisiert wurden, waren ausschließlich schwere Löcher im Grundzustand beteiligt.

In der Arbeit, die nun in der renommierten Zeitschrift ‚Nature Physics‘ erschienen ist, wurden Quantenpunkte in einer vorverspannten Halbleiterschicht, einer sogenannten Nanomembran, mittels Molekularstrahlepitaxie gewachsen. Nach Entfernen des Substrats dehnen sich diese Nanomembranen aus, und die elastische Zugverspannung ermöglicht den energetischen Austausch des schweren mit dem leichten Lochband. Die Emissionseigenschaften dieser Quantenpunkte unterscheiden sich stark von denen konventioneller Quantenpunkte, die entweder kompressiv verspannt oder unverspannt sind.

Die Arbeit eröffnet die Möglichkeit zur Erforschung von Halbleiter-basierten Quantensystemen (Leichtloch-Exzitonen und Leichtloch-Spins), die bis jetzt kaum untersucht wurden. Die leichten Löcher in Quantenpunkten könnten in Zukunft für die Speicherung von "Quantenbits" genutzt werden. Verglichen mit Elektronen versprechen Löcher längere Speicherzeiten. Darüber hinaus sollten sich leichte Löcher einfacher kontrollieren lassen als schwere Löcher, sodass die Schreib- und Lesezeit der gespeicherten Information verkürzt werden kann.

Die Ergebnisse sind in der Zeitschrift „Nature Physics“ veröffentlicht: Y. H. Huo, B. J. Witek, S. Kumar, J. R. Cardenas, J. X. Zhang, N. Akopian, R. Singh, E. Zallo, R. Grifone, D. Kriegner, R. Trotta, F. Ding, J. Stangl, V. Zwiller, G. Bester, A. Rastelli and O. G. Schmidt: A light-hole exciton in a quantum dot, Nature Physics (2013), doi:10.1038/nphys2799.

Pressekontakt:

Prof. Dr. Oliver G. Schmidt
Institutsleiter, Institut für Integrative Nanowissenschaften
Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden e.V.
Tel. +49 (0)351 4659-810
o.schmidt@ifw-dresden.de
Dr. Carola Langer
Referentin des Wissenschaftlichen Direktors
Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden e.V.
Tel. +49 (0)351 4659-234
c.langer@ifw-dresden.de
Univ.-Prof. Dr. Armando Rastelli
Institut für Halbleiter- und Festkörperphysik
Johannes Kepler Universität Linz
Tel. +43 (0)732 2468-9601
armando.rastelli@jku.at
Weitere Informationen:
http://www.nature.com/nphys/journal/vaop/ncurrent/full/nphys2799.html

Dr. Carola Langer | Leibniz-Institut
Weitere Informationen:
http://www.ifw-dresden.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Waschen für die Mikrowelt – Potsdamer Physiker entwickeln lichtempfindliche Seife
02.12.2016 | Universität Potsdam

nachricht Quantenreibung: Jenseits der Näherung des lokalen Gleichgewichts
01.12.2016 | Forschungsverbund Berlin e.V.

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Greifswalder Forscher dringen mit superauflösendem Mikroskop in zellulären Mikrokosmos ein

Das Institut für Anatomie und Zellbiologie weiht am Montag, 05.12.2016, mit einem wissenschaftlichen Symposium das erste Superresolution-Mikroskop in Greifswald ein. Das Forschungsmikroskop wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und dem Land Mecklenburg-Vorpommern finanziert. Nun können die Greifswalder Wissenschaftler Strukturen bis zu einer Größe von einigen Millionstel Millimetern mittels Laserlicht sichtbar machen.

Weit über hundert Jahre lang galt die von Ernst Abbe 1873 publizierte Theorie zur Auflösungsgrenze von Lichtmikroskopen als ein in Stein gemeißeltes Gesetz....

Im Focus: Durchbruch in der Diabetesforschung: Pankreaszellen produzieren Insulin durch Malariamedikament

Artemisinine, eine zugelassene Wirkstoffgruppe gegen Malaria, wandelt Glukagon-produzierende Alpha-Zellen der Bauchspeicheldrüse (Pankreas) in insulinproduzierende Zellen um – genau die Zellen, die bei Typ-1-Diabetes geschädigt sind. Das haben Forscher des CeMM Forschungszentrum für Molekulare Medizin der Österreichischen Akademie der Wissenschaften im Rahmen einer internationalen Zusammenarbeit mit modernsten Einzelzell-Analysen herausgefunden. Ihre bahnbrechenden Ergebnisse werden in Cell publiziert und liefern eine vielversprechende Grundlage für neue Therapien gegen Typ-1 Diabetes.

Seit einigen Jahren hatten sich Forscher an diesem Kunstgriff versucht, der eine simple und elegante Heilung des Typ-1 Diabetes versprach: Die vom eigenen...

Im Focus: Makromoleküle: Mit Licht zu Präzisionspolymeren

Chemikern am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist es gelungen, den Aufbau von Präzisionspolymeren durch lichtgetriebene chemische Reaktionen gezielt zu steuern. Das Verfahren ermöglicht die genaue, geplante Platzierung der Kettengliedern, den Monomeren, entlang von Polymerketten einheitlicher Länge. Die präzise aufgebauten Makromoleküle bilden festgelegte Eigenschaften aus und eignen sich möglicherweise als Informationsspeicher oder synthetische Biomoleküle. Über die neuartige Synthesereaktion berichten die Wissenschaftler nun in der Open Access Publikation Nature Communications. (DOI: 10.1038/NCOMMS13672)

Chemische Reaktionen lassen sich durch Einwirken von Licht bei Zimmertemperatur auslösen. Die Forscher am KIT nutzen diesen Effekt, um unter Licht die...

Im Focus: Neuer Sensor: Was im Inneren von Schneelawinen vor sich geht

Ein neuer Radarsensor erlaubt Einblicke in die inneren Vorgänge von Schneelawinen. Entwickelt haben ihn Ingenieure der Ruhr-Universität Bochum (RUB) um Dr. Christoph Baer und Timo Jaeschke gemeinsam mit Kollegen aus Innsbruck und Davos. Das Messsystem ist bereits an einem Testhang im Wallis installiert, wo das Schweizer Institut für Schnee- und Lawinenforschung im Winter 2016/17 Messungen damit durchführen möchte.

Die erhobenen Daten sollen in Simulationen einfließen, die das komplexe Geschehen im Inneren von Lawinen detailliert nachbilden. „Was genau passiert, wenn sich...

Im Focus: Neuer Rekord an BESSY II: 10 Millionen Ionen erstmals bis auf 7,4 Kelvin gekühlt

Magnetische Grundzustände von Nickel2-Ionen spektroskopisch ermittelt

Ein internationales Team aus Deutschland, Schweden und Japan hat einen neuen Temperaturrekord für sogenannte Quadrupol-Ionenfallen erreicht, in denen...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Von „Coopetition“ bis „Digitale Union“ – Die Fertigungsindustrien im digitalen Wandel

02.12.2016 | Veranstaltungen

Experten diskutieren Perspektiven schrumpfender Regionen

01.12.2016 | Veranstaltungen

Die Perspektiven der Genom-Editierung in der Landwirtschaft

01.12.2016 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Parkinson-Krankheit und Dystonien: DFG-Forschergruppe eingerichtet

02.12.2016 | Förderungen Preise

Smart Data Transformation – Surfing the Big Wave

02.12.2016 | Studien Analysen

Nach der Befruchtung übernimmt die Eizelle die Führungsrolle

02.12.2016 | Biowissenschaften Chemie