Optisch programmierbare Spin-Speicher

Neue Erkenntnisse über das Verhalten von Elektronenspins – TU-Physiker arbeiten an Methoden zur Initialisierung, Manipulation und Auslese von Spins

Um Informationen elektronisch übertragen, verschlüsseln oder gar manipulieren zu können, will man künftig auf sogenannte ?Spins“ zurückgreifen. Mit Spin wird eine quantenmechanische Eigenschaft bezeichnet, die sowohl Atomkerne, Elektronen wie auch andere sub-atomare Elementarteilchen besitzen und – vereinfacht gesagt – eine Rotation um eine feste Achse im oder gegen den Uhrzeigersinn darstellt. Bei der Entwicklung von Spin basierter Elektronik (?spintronics“) haben sich Wissenschaftler des Physik Departments (Arbeitsgruppe Prof. Jonathan Finlay) und des Walter Schottky Instituts (Arbeitsgruppe Prof. Gerhard Abstreiter) der TU München mit Methoden zur kontrollierten Erzeugung, Manipulation und zur Auslese einzelner Elektronenspins befasst.

Für die Experimente wurden opto-elektronische Bauelemente auf Halbleiterbasis eingesetzt. Erste Ergebnisse zeigen, dass sich in solchen Halbleiter-Nanostrukturen (sog. ?künstlichen Atomen“) einzelne Elektronenspins tatsächlich optisch speichern und nach einiger Zeit durch Konvertierung als Photonen wieder auslesen lassen. Isolierte Spins wie diese werden als vielversprechender Ansatz zur Implementierung eines Quanten-bits (QuBITs), der logischen Einheit zukünftiger Quantencomputer, angesehen. Die TUM-Wissenschaftler konnten dabei bestätigen, dass derart erzeugte Spins auch eine deutlich längere Lebensdauer haben (mehr als 20 ms).

Diese Arbeiten, die neue Erkenntnisse über die Wechselwirkung von Elektronenspins mit ihrer Festkörperumgebung wie auch mit der Außenwelt erbrachten, sind ein wichtiger Schritt für die Realisierung von festkörperbasierten Quanteninformationssystemen. In der November-Ausgabe 2004 der Wissenschaftszeitschrift Nature wird erstmals darüber berichtet.