SPP 1092: Quanten-Hall-Systeme
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Faszinierende, neuartige Magnetotransporteffekte werden in zweidimensionalen Ladungsträgersystemen beobachtet. Ihre Entdeckung wurde mit der Verleihung einer ganzen Anzahl von Nobelpreisen belohnt: So erhielt 1985 Klaus von Klitzing den Physiknobelpreis für den Quanten-Hall-Effekt, 1998 wurde der Physiknobelpreis an Dan Tsui, Horst Störmer und Bob Laughlin für den Nachweis einer neuen Quantenflüssigkeit verliehen (fraktionaler Quanten-Hall-Effekt). Quanten-Hall-Flüssigkeiten stellen paradigmatische, hochkorrelierte Vielteilchensysteme dar. Sie besitzen große Bedeutung auch außerhalb der Festkörperphysik wie z.B. in der Teilchen-, Plasma- und Astrophysik und in jüngster Zeit insbesondere auch in der Quantenoptik. Das Forschungsfeld bewegt sich im Grenzgebiet zwischen modernster Halbleitertechnologie und Grundlagenphysik. So wurde z.B. der Quanten-Hall-Effekt an einem Silizium-Feldeffekttransistor entdeckt, einem elektronischen Bauelement, das milliardenfach in modernen Computern zu finden ist. Unmittelbare Anwendung gibt es in der Metrologie bei der Realisierung der Einheit des elektrischen Widerstands. Der Schwerpunkt fasste die in Deutschland an verschiedenen Instituten existierenden Forschungsaktivitäten auf dem Gebiet des Quanten-Hall-Effekts zusammen. Die intensive Zusammenarbeit zwischen Theoriegruppen und experimentell arbeitenden Arbeitsgruppen befruchtete die Forschungsarbeiten und mündete in eine ganze Anzahl von gemeinsamen Publikationen. Die durch den Schwerpunkt ermöglichten Workshops, die insbesondere in den Anfangsjahren veranstaltet wurden, initiierten derartige Zusammenarbeiten und halfen den Doktoranden sich in diesem Forschungsgebiet zu Recht zu finden. Wichtig für die Arbeit des Schwerpunkts war auch die Förderung der Herstellung von höchstbeweglichen Proben, da in derartigen Proben neue Effekte, wie z.B. Mikrowellen induzierte Widerstandsoszillationen beobachtet werden konnten. Deutsche Gruppen sind auf diesem Gebiet nun weltweit führend. Die internationale Sichtbarkeit des Schwerpunkts wurde nicht nur durch die zahlreichen Publikationen in hochrangigen Zeitschriften wie z.B. in Nature, Science und Physical Review Letters sondern auch durch drei internationale Symposien erreicht. An diesen Symposien nahmen die herausragendsten Wissenschaftler dieses Fachgebiets, darunter auch ausländische Nobelpreisträger teil. Neuere Entwicklungen, die gegen Ende des Schwerpunkts aufgekommen sind, wie z.B. die Bedeutung von Spineffekten in niederdimensionalen Halbleitersystemen, die Verwendung von Graphen als ideales zweidimensionales System bei Experimenten zum Quanten-Hall-Effekt oder auch Untersuchungen zum topologischen Quantencomputing mit dem 5/2-Zustand des fraktionalen Quanten-Hall-Effekts initiierten die Einrichtung neuer DFG-Schwerpunktprogramme.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Ising ferromagnetism and domain morphology in the fractional quantum Hall Regime. Physical Review Letters, Vol. 86. 2001, Issue 11, 2412.
J.H. Smet, R. A. Deutschmann, W. Wegscheider, G. Abstreiter, K. von Klitzing
(Siehe online unter https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.86.2412) - Local density of states of a three-dimensional conductor in the extreme quantum Limit. Physical Review Letters, Vol. 86. 2001, Issue 8, 1582.
D. Haude, M. Morgenstern, I. Meinel, R. Wiesendanger
(Siehe online unter https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.86.1582) - Cyclotron resonance of composite Fermions. Nature, Vol. 415.2002, Nr. 6870, pp. 409-412.
I.V. Kukushkin, J.H. Smet, K. von Klitzing, W. Wegscheider
(Siehe online unter https://dx.doi.org/10.1038/415409a) - Gate-voltage control of spin interactions between electrons and nuclei in a semiconductor. Nature, Vol. 415. 2002, Number 6869, pp. 281-286.
J.H. Smet, R.A. Deutschmann, F. Ertl, W. Wegscheider, G. Abstreiter, K. von Klitzing
(Siehe online unter https://dx.doi.org/10.1038/415281a) - Cyclotron-resonance harmonics in the ac response of a 2D electron gas with smooth disorder. Physical Review Letters, Vol. 91. 2003, Issue 22, 226802.
I.A. Dmitriev, A.D. Mirlin, D.G. Polyakov
(Siehe online unter https://dx.doi.org/10.1103/PhysRevLett.91.226802) - Optical probing of a fractional charged quasihole in an incompressible liquid. Physical Review Letters, Vol. 91.2003, Issue 11, 116403; Erratum: Physical Review Letters, Vol. 91.2003, Issue 15, 159902.
C. Schüller, K.B. Broocks, P.Schröter, Ch. Heyn, D. Heitmann, M. Bichler, W. Wegscheider, T. Chakraborty, V.M. Apalkov
(Siehe online unter https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.91.159902) - Strongly correlated fractional quantum Hall line junctions. Physical Review Letters, Vol. 90. 2003, Issue 2, 026802.
U. Zülicke, E. Shimshoni
(Siehe online unter https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.90.026802) - Anomalous-filling-factor-dependent nuclear-spin polarization in a 2D electron system. Physical Review Letters, Vol. 92. 2004, Issue 8, 086802.
J.H. Smet, R. A. Deutschmann, F. Ertl, W. Wegscheider, G. Abstreiter, K. von Klitzing
(Siehe online unter https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.92.086802) - Coulomb drag as a probe of the nature of compressible states in a magnetic field. Physical Review Letters, Vol. 92.2004, Issue 24, 246801.
K. Muraki, J.G. S. Lok, S. Kraus, W. Dietsche, K. von Klitzing, D. Schuh, M. Bichler, W. Wegscheider
(Siehe online unter https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.92.246801) - Localization of fractionally charged quasi-particles. Science, Vol. 305. 2004, Issue 5686, pp. 980-983.
J. Martin, S. Ilani, B. Verdene, J. Smet, V. Umansky, D. Schuh, G. Abstreiter, A. Yacoby
(Siehe online unter https://dx.doi.org/10.1126/science.1099950) - Phonon excitations of composite-fermion Landau levels. Physical Review Letters, Vol. 93. 2004, Issue 2, 026801.
F. Schulze-Wischeler, F. Hohls, U. Zeitler, D. Reuter, A.D. Wieck, R.J. Haug
(Siehe online unter https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.93.026801) - Electrical readout of the local nuclear polarization in the quantum Hall effect: a hyperfine battery. Physical Review Letters, Vol. 95. 2005, Issue 5, 056802.
A. Würtz, T. Müller, A. Lorke, D. Reuter, A.D. Wieck
(Siehe online unter https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.95.056802) - Structure of a single sharp quantum Hall edge probed be momentum resolved Tunneling. Physical Review Letters, Vol. 94. 2005, Iss. 1, 016805.
M. Huber, M. Grayson, M. Rother, W. Biberacher, W. Wegscheider, G. Abstreiter
(Siehe online unter https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.94.016805) - Detection of the electron spin resonance of two-dimensional electrons at large wave vectors. Physical Review Letters, Vol. 96. 2006, Issue 12, 126807.
I.V. Kukushkin, J.H. Smet, D.S.L. Abergel, V.I. Falko, W. Wegscheider, K. von Klitzing
(Siehe online unter https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.96.126807) - Electron correlations and single-particle physics in the integer quantum Hall effect. Physical Review Letters, Vol. 97.2006, Issue 10, 106801.
A. Struck, B. Kramer
(Siehe online unter https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.97.106801) - Exact relations between multifractal exponents at the Anderson transition. Physical Review Letters, Vol. 97. 2006, Issue 4,
046803.
A.D. Mirlin, Y.V. Fyodorov, A. Mildenberger, F. Evers
(Siehe online unter https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.97.046803) - Circular-polarization-dependent study of the microwave photoconductivity in a two-dimensional electron system. Physical Review Letters, Vol. 95. 2005, Issue 11, 116804; Erratum: Physical Review Letters, Vol. 98. 2007, Issue 21, 219902.
J.H. Smet, B. Gorshunov, C. Jiang, L. Pfeiffer, K. West, V. Umansky, M. Dressel, R. Meisels, F. Kuchar, K. von Klitzing
(Siehe online unter https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.98.219902) - Dispersion of the composite-fermion cyclotron-resonance mode. Physical Review Letters, Vol. 98. 2007, Issue 6, 066403.
I.V. Kukushkin, J.H. Smet, D. Schuh, W. Wegscheider, K. von Klitzing
(Siehe online unter https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.98.066403) - Theory of fractional microwave-induced resistance oscillations. Physical Review Letters, Vol. 99. 2007, Issue 20, 206805.
I.A. Dmitriev, A.D. Mirlin, D.G. Polyakov
(Siehe online unter https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.99.206805) - Quantum Hall Transition in real space: From localized to extended states. Physical Review Letters, Vol. 101. 2008, Issue 25, 256802.
K. Hashimoto, C. Sohrmann, J. Wiebe, T. Inaoka, F. Meier, Y. Hirayama, R.A. Römer, R. Wiesendanger, M. Morgenstern
(Siehe online unter https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.101.256802)
