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 Flashmob der Moleküle
19.01.2017 | Technische Universität Wien

nachricht Verkehrsstau im Nichts
19.01.2017 | Universität Konstanz

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: Innovatives Hochleistungsmaterial: Biofasern aus Florfliegenseide

Neuartige Biofasern aus einem Seidenprotein der Florfliege werden am Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP gemeinsam mit der Firma AMSilk GmbH entwickelt. Die Forscher arbeiten daran, das Protein in großen Mengen biotechnologisch herzustellen. Als hochgradig biegesteife Faser soll das Material künftig zum Beispiel in Leichtbaukunststoffen für die Verkehrstechnik eingesetzt werden. Im Bereich Medizintechnik sind beispielsweise biokompatible Seidenbeschichtungen von Implantaten denkbar. Ein erstes Materialmuster präsentiert das Fraunhofer IAP auf der Internationalen Grünen Woche in Berlin vom 20.1. bis 29.1.2017 in Halle 4.2 am Stand 212.

Zum Schutz des Nachwuchses vor bodennahen Fressfeinden lagern Florfliegen ihre Eier auf der Unterseite von Blättern ab – auf der Spitze von stabilen seidenen...

Im Focus: Verkehrsstau im Nichts

Konstanzer Physiker verbuchen neue Erfolge bei der Vermessung des Quanten-Vakuums

An der Universität Konstanz ist ein weiterer bedeutender Schritt hin zu einem völlig neuen experimentellen Zugang zur Quantenphysik gelungen. Das Team um Prof....

Im Focus: Traffic jam in empty space

New success for Konstanz physicists in studying the quantum vacuum

An important step towards a completely new experimental access to quantum physics has been made at University of Konstanz. The team of scientists headed by...

Im Focus: Textiler Hochwasserschutz erhöht Sicherheit

Wissenschaftler der TU Chemnitz präsentieren im Februar und März 2017 ein neues temporäres System zum Schutz gegen Hochwasser auf Baumessen in Chemnitz und Dresden

Auch die jüngsten Hochwasserereignisse zeigen, dass vielerorts das natürliche Rückhaltepotential von Uferbereichen schnell erschöpft ist und angrenzende...

Im Focus: Wie Darmbakterien krank machen

HZI-Forscher entschlüsseln Infektionsmechanismen von Yersinien und Immunantworten des Wirts

Yersinien verursachen schwere Darminfektionen. Um ihre Infektionsmechanismen besser zu verstehen, werden Studien mit dem Modellorganismus Yersinia...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Mittelstand 4.0 – Mehrwerte durch Digitalisierung: Hintergründe, Beispiele, Lösungen

20.01.2017 | Veranstaltungen

Nachhaltige Wassernutzung in der Landwirtschaft Osteuropas und Zentralasiens

19.01.2017 | Veranstaltungen

Künftige Rohstoffexperten aus aller Welt in Freiberg zur Winterschule

18.01.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

21.500 Euro für eine grüne Zukunft – Unserer Umwelt zuliebe

20.01.2017 | Unternehmensmeldung

innovations-report im Interview mit Rolf-Dieter Lafrenz, Gründer und Geschäftsführer der Hamburger Start ups Cargonexx

20.01.2017 | Unternehmensmeldung

Niederlande: Intelligente Lösungen für Bahn und Stahlindustrie werden gefördert

20.01.2017 | Förderungen Preise