Photon-unterstützte kohärente Quantenphänomene in Graphen n-p und n-p-n Übergangen. Quanentransport in ungeordneten Gittern bestehend aus Graphen-Nanokristallen.

• Antragsteller: Professor Dr. Konstantin Efetov (†)
• Fachliche Zuordnung: Theoretische Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2010 bis 2015
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 173138112

Ziel des Projekts ist eine detaillierte theoretische Untersuchung quantenmechanischer Effekte, die im Ladungstransport in diversen Graphen basierten Nanostrukturen auftreten. Ein wichtiger Aspekt unseres Vorschlages ist, eine Möglichekeit für kohärente Photon-gestützte Quanten- Interferenzeffekte in lateralen Nanostrukturen zu untersuchen. Die betrachteten Strukturen bestehen dabei aus aus einschichtigem (monolayer) und zweischichtigem (bilayer) Graphen und sind einem externen elektromagnetischen Feld (EF) ausgesetzt. Die zu untersuchenden Quanten-Interferenzeffekte sind das Ergebnis des Zusammenwirkens zweier Eigenschaften von Graphen: Zum Einen eines lückenlosen Zwei-Band-Spektrums der Quasiteilcehn (Dirac-Fermionen) in Graphen und zum Anderen einer lokalen resonanten Wechselwirkung der Quasiteilchen mit dem EF, die es den Quasiteilchen erlaubt, sich innerhalb der Bänder und zwischen den Bändern neu anzuordnen. Die Quanten-Interferenzeffekte manifestieren sich beispielsweise in erheblichen Oszillationen in der Abhängigkeit des dc-Stromes von der Gate-Spannung. Diese Oszillationen stellen eine spezielle Realisierung der Ramsey - Quantenschwebung (''Ramsey fringes") dar, die in der Atomphysik wohlbekannt sind.Wir werden uns weiterhin auf die Quantenphänomene im Transport von Graphen basierten Systemen aus ungeordneten Nanokristallen konzentrieren. Dabei legen wir besonderes Augenmerk auf Quanten-Punkte, die in Graphen-Nanoribbons eingebaut sind, sowie auf Graphen-Nanoflakes, die in eine Isolator- Metallmatrix eingebaut sind. Die Quanteneffekte in solchen Systemen sind bedingt durch das Zwischenspiel verschiedener Eigenschaften und Effekte: Des spezifischen Elektronenspektrums in Graphen, des quantenmechanischen Tunnelns zwischen den Nanokristallen, der Quantenfluktuationen, der Coulomb-Wechselwirkung und Unordnung. Die elektronischen Transporteigenschaften in solchen Systemen können von isolierendem bis zu gutem metallischen Verhalten reichen. Wir werden die Temperaturabhängigkeit der Leitfähigkeit in der Nähe des Metall-Isolator Überganges theoretisch studieren und den Bereich des Co-Tunnelns des linearen und des nichtlinearen elektronischen Transports betrachten, sowie den Einfluss der Gate-Spannung auf den Transport.Die erhaltenen Ergebnisse sind von Bedeutung für die Gebieten der Quantenelektronik und Quanten-Informationsverarbeitung in Graphen basierten Nanostrukturen.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1459: Graphene