Time-resolved optical charge sensing for transport measurements on single self-assembled quantum dots

• Antragsteller: Privatdozent Dr. Martin Geller
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2011 bis 2012
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 203950880

Eine der treibenden Kräfte der Festkörperphysik der letzten 20 Jahre ist die gezielte Manipulation der elektronischen und optischen Eigenschaften durch alleinige Variation der Form und/oder Größe eines Materials für Strukturgrößen im Bereich von wenigen Nanometern. Diese Möglichkeit stellt einen Paradigmenwechsel zu maßgeschneiderten funktionellen Materialien in der sogenannten, vielbeachteten Nanotechnologie dar. Insbesondere selbstorganisierte InAs-Nano-Inseln verhalten sich wie künstliche Atome in einer kristallinen Halbleiter-Matrix und haben sich als ideales Modellsystem herausgestellt um atomähnliche Eigenschaften in eine Festkörperumgebung zu untersuchen. Neben den grundlagenphysikalischen Herausforderungen haben diese Quantenpunkte aber auch bereits ihren Weg in die Anwendung gefunden (als Quantenpunktlaser) und bieten auch visionäre Perspektiven im Bereich der Quanteninformationsverarbeitung. Innerhalb dieses Forschungsvorhabens wird ein einzelner Indiumarsenid-Quantenpunkt als hoch-empfindlicher optischer Ladungsdetektor auf der Nanoskala verwendet. Dies ermöglicht es, die Untersuchung der Ladungsträgerdynamik zwischen einem zweiten Quantenpunkt und einer leitfähigen Schicht in Echtzeit zu untersuchen; d. h. eine Transportmessung von einzelnen Elektronen in einem Quantenpunkt, ermöglicht durch ein optischen Detektionsschema. Nahe des thermodynamischen Gleichgewichts lässt sich so die quantenmechanischen Natur des Tunnelprozess für unterschiedliche Beladungszustände dieser Nano-Inseln untersuchen. Weiterhin werden Nichtgleichgewichtszustände der Elektronen in einem Quantenpunkt präpariert, wobei dessen reine Spin- und Ladungskonfigurationen erstmals detektiert werden können, ohne die Elektron-Loch-Wechselwirkung berücksichtigen zu müssen. Ein entscheidender Schritt zu einer rein elektrischen Präparation angeregter Vielteilchen-Spinzustände und deren optischen Detektion für die Verwendung als spin-basierte Quanten-Bits (Qubits).

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: Großbritannien
• Gastgeber: Dr. Mete Atatüre