FOR 1483:  Topological Electronics

• Fachliche Zuordnung: Physik
• Förderung: Förderung von 2010 bis 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 164558368

Diese Forschergruppe ist im Rahmen der strategischen deutsch-japanischen Kooperation über "Nanotechnology contributing Electronics, Information and Communication“ eingebettet. Sie besteht aus acht Forschungsgruppen an vier Universitäten. Davon befinden sich jeweils zwei in Japan und Deutschland. Das Ziel der Zusammenarbeit ist die Untersuchung des neuen Arbeitsfeldes der Topotronics.
Im Detail schlägt das Projekt vor, Topotronics als neuartige elektronische Schaltungen zu verwenden, die die zusätzlichen quantenmechanischen Freiheitsgrade, wie die geometrische Phase (Berry-Phase), das Konzept des Topologischen Isolators und die nicht lokale Verschränkung, nutzen. Ziel ist es dabei, dissipationslose Elektronik zu konzipieren und einen Durchbruch in der auf Halbleiter basierenden Quanteninformationstechnologie zu erreichen - zwei sehr innovative und herausfordernde Ziele, die erreicht werden müssen, um den Schritt zu zukünftigen Elektronik- und Informationstechnologien zu vollziehen.
Topologie im Allgemeinen bezeichnet die Geometrie im Bezug auf Position und Phase. Hier bezeichnet sie jedoch elektronisch manipulierbare Oberflächenzustände, die aufgrund ihrer quantenmechanischen Eigenschaften geschützt sind. In der Forschergruppe gehen wir besonders auf niedrig dimensionale Phänomene ein. Dies sind im Folgenden: (1) Spin-Bahn-Wechselwirkung, (2) topologische Isolatoren und (3) nicht lokale Erzeugung von Verschränkung (non-local entangler).
Die durch die Geometrie bedingten quantenmechanischen Zustände und ihre Wechselwirkung spielen in allen diesen Konzepten eine entscheidende Rolle. (1) ergibt sich aus relativistischen und quantenmechanischen Effekten bei bewegten Elektronen in Festkörpern und (2) ist ein neuartiger Quantenzustand, der aufgrund der topologischen Eigenschaften der Quantenphase existiert. Beide wurden bis vor Kurzem in der Halbleiterindustrie nicht weiter berücksichtigt, obwohl die Möglichkeit besteht, dissipationslosen Transport zu realisieren. (3) ist ein Konzept, welches es erlaubt, unabhängige Quantenoperationen auf räumlich getrennte und verschränkte Elektronenpaare anzuwenden. Eine vollständige Realisation dieses Konzeptes könnte einen realen Durchbruch in der Halbleiter-Quanteninformationstechnologie bringen.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen

Projekte

• Coherent spin control and geometrical phases in mesoscopic conductors (Antragsteller Richter, Klaus )
• Non-equilibrium transport properties of helical Tomonaga-Luttinger liquids (Antragsteller Trauzettel, Björn )
• Photocurrents and phase coherent transport in InAs:Mn (Antragsteller Weiss, Dieter )
• Transport in dissipationless one dimensional topological conductors (Antragsteller Molenkamp, Laurens W. )

• Sprecher: Professor Dr. Laurens W. Molenkamp