Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Kohärenter Elektron-Loch-Spin in Halbleiter

03.07.2009
Richard Warburton, neu berufener Professor für Experimentelle Physik der Kondensierten Materie an der Universität Basel, ist es gelungen, einen Elektron-Loch-Spin während einer Mikrosekunde in einem kohärenten Quantenzustand zu halten.
Seine Arbeit beruht auf den theoretischen Untersuchungen des Basler Physikprofessors Daniel Loss, mit dem er künftig zusammenarbeiten wird.

In Bezug auf kohärente Quantenzuständen lagen Halbleiter immer weit abgeschlagen hinter Atomen.

Dies ist bedauerlich, da Halbleiter weitaus besser für die Herstellung von Bauteile geeignet sind. Die Verbindung zwischen "Quantenkohärenz" auf der einen und "anwendbare Bauteile" auf der anderen Seite ist alles andere als naheliegend, doch haben einige bemerkenswerte Entwicklungen in der theoretischen Physik der vergangenen zehn Jahre, zumindest auf dem Papier gezeigt, dass das wundersame quantenmechanische Verhalten der Materie für Informationsverarbeitung benutzt werden kann.

Forscher auf der ganzen Welt wurden durch diese Fortschritte inspiriert und versuchten, einen kohärenten Quantenzustand in Halbleitern zu finden. Dies war jedoch nicht einfach: Die Lösung eines Problems verursachte häufig ein neues. Ein Artikel im Fachmagazin "Science" von Daniel Brunner et al., der aufgrund von Forschungen unter der Leitung des kürzlich nach Basel berufenen Physikers Professor Richard Warburton an der Heriot-Watt University in Edinburgh entstand, berichtet von einem Quantensprung in diesem Feld.

Der Grundgedanke dabei ist, einen Spin zu verwenden, eine befremdliche quantenmechanische Eigenschaft von Elektronen, die man sich grob als die Drehung eines Elektrons um die eigene Achse vorstellen kann. Das gute daran ist, dass ein Spin das Wackeln der ihn umgebenden Atome nur indirekt spürt. Schlecht ist jedoch, dass er das Wackeln der Atom-Spins spürt. Inspiriert von den bahnbrechenden theoretischen Untersuchungen von Professor Daniel Loss und seiner Gruppe an der Universität Basel, hat sich die schottische Forschergruppe vorgenommen, anstelle eines Elektrons ein Loch auszuprobieren.

Ein Loch ist ein fehlendes Elektron, vergleichbar mit einer Blase in einer mit Wasser gefüllten Flasche. Gemäss dieser Einschätzung kümmert sich ein lokalisierter Loch-Spin nur um sich selbst und bleibt unberührt von all den störenden Effekten, die wackelnde Atome im Halbleiter verursachen. Die experimentellen Ergebnisse bestätigen diese tiefgreifende Idee, der Loch-Spin behält seine Kohärenz für mindestens eine Mikrosekunde. Dies mag sich nicht nach lange anhören, ist jedoch viel länger als ein Loch-Spin braucht, um um seine eigene Achse zu rotieren.

Professor Richard Warburton: "Die Theorie aus Basel hat uns so stark beeindruckt, dass wir uns entschlossen, all unsere Bemühungen dem Loch-Spin-Projekt zu widmen. Zum Glück sind die Forscher in meiner Gruppe zu jung, um viel von den Problemen zu kennen, die wir noch vor wenigen Jahren mit Löchern in traditionellen Halbleitern hatten. Mit Quantenpunkten ist nun alles anders. Die Ergebnisse überraschten uns freilich sehr. Das Experiment hat wesentlich besser funktioniert, als wir je gehofft haben."

Eine interessante Wendung ist, dass Professor Richard Warburton von der Universität Basel als neuer Ordinarius für Experimentelle Physik der Kondensierten Materie und als Nachfolger von Prof. Güntherodt angestellt wurde. Dazu Warburton: "Uns stehen interessante Zeiten bevor, da besteht kein Zweifel. Ich freue mich, die neuen Labors aufzubauen. Die Theoretiker sind gerade einmal einen Stock über uns im gleichen Gebäude, das kann ja nur gut werden."

Originalbeitrag
Daniel Brunner, Brian D. Gerardot, Paul A. Dalgarno, Gunter Wüst, Khaled Karrai, Nick G. Stoltz, Pierre M. Petroff, Richard J. Warburton
A Coherent Single-Hole Spin in a Semiconductor
Science 3 July 2009 | doi: 10.1126/science.1173684
Weitere Auskünfte
Prof. Richard J. Warburton, Departement Physik, Universität Basel, E-Mail: R.J.Warburton@hw.ac.uk

Prof. Daniel Loss, Departement Physik, Universität Basel, E-Mail: daniel.loss@unibas.ch

Hans Syfrig | idw
Weitere Informationen:
http://www.unibas.ch

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Nanoinjektion steigert Überlebensrate von Zellen
22.02.2017 | Universität Bielefeld

nachricht Zinn in der Photodiode: nächster Schritt zur optischen On-Chip-Datenübertragung
21.02.2017 | Forschungszentrum Jülich

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: Mehr Sicherheit für Flugzeuge

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem totalen Triebwerksausfall zum Einsatz kommt, um den Piloten ein sicheres Gleiten zu einem Notlandeplatz zu ermöglichen, und ein Assistenzsystem für Segelflieger, das ihnen das Erreichen größerer Höhen erleichtert. Präsentiert werden sie von Prof. Dr.-Ing. Wolfram Schiffmann auf der Internationalen Fachmesse für Allgemeine Luftfahrt AERO vom 5. bis 8. April in Friedrichshafen.

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem...

Im Focus: HIGH-TOOL unterstützt Verkehrsplanung in Europa

Forschung am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) unterstützt die Europäische Kommission bei der Verkehrsplanung: Anhand des neuen Modells HIGH-TOOL lässt sich bewerten, wie verkehrspolitische Maßnahmen langfristig auf Wirtschaft, Gesellschaft und Umwelt wirken. HIGH-TOOL ist ein frei zugängliches Modell mit Modulen für Demografie, Wirtschaft und Ressourcen, Fahrzeugbestand, Nachfrage im Personen- und Güterverkehr sowie Umwelt und Sicherheit. An dem nun erfolgreich abgeschlossenen EU-Projekt unter der Koordination des KIT waren acht Partner aus fünf Ländern beteiligt.

Forschung am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) unterstützt die Europäische Kommission bei der Verkehrsplanung: Anhand des neuen Modells HIGH-TOOL lässt...

Im Focus: Zinn in der Photodiode: nächster Schritt zur optischen On-Chip-Datenübertragung

Schon lange suchen Wissenschaftler nach einer geeigneten Lösung, um optische Komponenten auf einem Computerchip zu integrieren. Doch Silizium und Germanium allein – die stoffliche Basis der Chip-Produktion – sind als Lichtquelle kaum geeignet. Jülicher Physiker haben nun gemeinsam mit internationalen Partnern eine Diode vorgestellt, die neben Silizium und Germanium zusätzlich Zinn enthält, um die optischen Eigenschaften zu verbessern. Das Besondere daran: Da alle Elemente der vierten Hauptgruppe angehören, sind sie mit der bestehenden Silizium-Technologie voll kompatibel.

Schon lange suchen Wissenschaftler nach einer geeigneten Lösung, um optische Komponenten auf einem Computerchip zu integrieren. Doch Silizium und Germanium...

Im Focus: Innovative Antikörper für die Tumortherapie

Immuntherapie mit Antikörpern stellt heute für viele Krebspatienten einen Erfolg versprechenden Ansatz dar. Weil aber längst nicht alle Patienten nachhaltig von diesen teuren Medikamenten profitieren, wird intensiv an deren Verbesserung gearbeitet. Forschern um Prof. Thomas Valerius an der Christian Albrechts Universität Kiel gelang es nun, innovative Antikörper mit verbesserter Wirkung zu entwickeln.

Immuntherapie mit Antikörpern stellt heute für viele Krebspatienten einen Erfolg versprechenden Ansatz dar. Weil aber längst nicht alle Patienten nachhaltig...

Im Focus: Durchbruch mit einer Kette aus Goldatomen

Einem internationalen Physikerteam mit Konstanzer Beteiligung gelang im Bereich der Nanophysik ein entscheidender Durchbruch zum besseren Verständnis des Wärmetransportes

Einem internationalen Physikerteam mit Konstanzer Beteiligung gelang im Bereich der Nanophysik ein entscheidender Durchbruch zum besseren Verständnis des...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

6. Internationale Fachkonferenz „InnoTesting“ am 23. und 24. Februar 2017 in Wildau

22.02.2017 | Veranstaltungen

Wunderwelt der Mikroben

22.02.2017 | Veranstaltungen

Der Lkw der Zukunft kommt ohne Fahrer aus

21.02.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Ursache für eine erbliche Muskelerkrankung entdeckt

22.02.2017 | Medizin Gesundheit

Möglicher Zell-Therapieansatz gegen Zytomegalie

22.02.2017 | Biowissenschaften Chemie

Meeresforschung in Echtzeit verfolgen

22.02.2017 | Geowissenschaften