02.12.2004

Blick in den Quantendot

Forscher der ETH Zürich sind einen Schritt weiter, um Quantendots nach Maß herstellen zu können - z. B. für zukünftige Quantencomputer.




Forscher der ETH Zürich sind einen Schritt weiter, um Quantendots nach Maß herstellen zu können - z. B. für zukünftige Quantencomputer.

Quantencomputer sollen Anwendungen ermöglichen, die die Grenzen von klassischen Computern sprengen. Bevor jedoch Quantencomputer irgendwann in der Zukunft zum Einsatz kommen können, müssen zuerst die physikalischen Eigenschaften ihrer Bausteine geklärt und beherrschbar gemacht werden. Forscher der Eidgenössischen Technischen Hochschule in Zürich (ETH) beschreiben nun eine Methode, wie sie so genannte Quantendots, d. h. mögliche Bauelemente von zukünftigen Quantencomputern, lokal untersuchen können.

In den vergangenen Jahrzehnten hat die Halbleiterindustrie elektronische Bauelemente sehr erfolgreich miniaturisiert und ist in den Nanometerbereich vorgestoßen. Bei noch viel kleineren Bauelementen kommt die Quantenmechanik ins Spiel. So genannte Quantencomputer werden dabei eine ganz andere Art und Weise des Rechnens durchführen als die heute bekannten klassischen Computer. Mögliche Bausteine, die für Quantencomputer vorgeschlagen wurden, sind Quantendots, häufig auch "künstliche Atome" genannt. Die Forschung beschäftigt sich mit den Grundlagen solcher quantenmechanischen Bauelemente und vor allem auch mit der gezielten Kontrolle ihrer physikalischen Eigenschaften.

Das Leitfähigkeitsmuster eines Quantendots lässt sich durch Veränderung der Position und Spannung einer Rasterkraftmikroskopspitze messen: Durch die Bewegung der Spitze werden einzelne Elektronen aus dem Quantendot gedrückt, der sich im Regime der sogenannten Coulomb-Blockade befindet (untere Zeile). Erhöht man die Spannung auf der Spitze, kommen Wechselwirkungseffekte hinzu, und die anfangs kreisförmigen Muster werden komplizierter (obere Zeile). (Quelle: ETHZ)

ETH-Forscher konnten nun in einer Arbeit zeigen, dass in einem Quantendot einzelne Elektronen durch das Bewegen der Spitze eines Rasterkraftmikroskops manipuliert werden können. Dabei haben die Forscher die Potential-Landschaft der Quantendots ausgemessen, die das Wechselwirkungspotenzial zwischen der Spitze und den einzelnen Elektronen abbildet. Ist die Spitze beispielsweise weit weg vom Quantendot, so hat sie wenig Einfluss auf dessen Leitfähigkeit. Kommt nun die Spitze näher, wird die potentielle Energie der Elektronen im Quantendot erhöht und die Elektronen beginnen - eines nach dem anderen - den Quantendot zu verlassen. Jeder Höchstwert in der Leitfähigkeit, den die Spitze misst, entspricht dabei einem weiteren Elektron, das den Quantendot verlässt. Diese Experimente mit dem Rasterkraftmikroskop geben also lokalen Zugang zu Quantendots. Es hat sich dabei gezeigt, dass sich die Methode für eine sehr kontrollierte Untersuchung verschiedener Geometrien von Quantendots anbietet, d. h. auch von Quantenringen oder gekoppelten Quantensystemen.

Quelle: idw

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