Neue Einsichten in die Nano-Elektronik
Physiker aus Hannover und Genf untersuchen Elektronentransport durch Halbleiter-Nanostrukturen.
Ein elementarer Baustein herkömmlicher Elektronik ist der Transistor – ein elektronisches Element zum Schalten und Verstärken von elektronischen Signalen. Ein Computer beispielsweise enthält mehr als eine Milliarde Transistoren, und in einer Sekunde werden weltweit nahezu 10 Milliarden Transistoren hergestellt. Einem Forscherteam des Exzellenzclusters Centre for Quantum Engineering and Space-Time Research (Quest) an der Leibniz Universität Hannover und der Universität Genf ist es nun gelungen, das quantenmechanische Verhalten eines Einzelelektronentransistors – eines Quantenpunkts – besser zu verstehen.
Abb.: AFM-Aufnahme des Einzelelektronentransistors. (Bild: N. Ubbelohde, Nat. Commun.)
Quantenpunkte sind winzige geladene Inseln, die mithilfe von Nanostrukturierung hergestellt werden. Aufgrund ihrer quantenmechanischen Eigenschaften bezeichnet man sie auch als künstliche Atome. In ihrem Experiment maß die Forschergruppe den minimalen elektrischen Stromfluss durch den Transistor. Dieser Strom basiert auf dem quantenmechanischen Tunneleffekt und kann derartig genau eingestellt werden, dass nur ein einziges Elektron zu einem Zeitpunkt in den Transistor gelangen und ihn wieder verlassen kann. Auch in der Messung lassen sich die Elektronen, die den Transistor passieren, einzeln erfassen.
Der untersuchte Strom setzte sich also aus einer Sequenz einzelner, nacheinander durch den Quantenpunkt tunnelnder Elektronen zusammen. Zwischen den Tunnelereignissen dieser Sequenz bestand ein zeitlicher Zusammenhang.
Das Forscherteam aus Hannover und Genf konnte den Durchgang einzelner Elektronen durch den Quantenpunkt mit großer Präzision bestimmen und somit wertvolle Informationen über den grundlegenden quantenmechanischen Tunnelprozess gewinnen. Solche Ergebnisse sind für eine Vielzahl von quantenmechanischen Anwendungen wichtig, beispielsweise bei der verschlüsselten Datenübertragung oder zum Entwurf von Quantencomputern.
U. Hannover / PH
