SPP 1092: Quantum Hall Systems
Final Report Abstract
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.
Publications
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I.V. Kukushkin, J.H. Smet, D. Schuh, W. Wegscheider, K. von Klitzing
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