TRR 160:  Kohärente Manipulation wechselwirkender Spinanregungen in maßgeschneiderten Halbleitern

Fachliche Zuordnung Physik
Förderung Förderung von 2015 bis 2023
Projektkennung Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 249492093
 

Projektbeschreibung

Spinanregungen gelten als attraktive Hardware wegen ihrer hervorragenden Kohärenzeigenschaften im Vergleich zu anderen Anregungen in kondensierter Materie und der Möglichkeit der Ausbildung kollektiver Phasen durch die Wechselwirkung zwischen Spins. Ziel unserer Initiative ist die Ausnutzung dieses Potentials mit einem besonderen Fokus auf Halbleiter als Materialbasis. Sollte dies Erfolg haben, könnten Spins perspektivisch einige der Funktionalitäten, die bisher Ladungen erbringen, übernehmen. Sollten Halbleiter, deren elektrische und optische Eigenschaften nahezu beliebig maßgeschneidert werden können, auch noch genau kontrollierbare magnetische Eigenschaften aufweisen, ließen sich „all-in-one-chip“- Lösungen für die Informationsverarbeitung in Angriff nehmen. Diese Ziele erfordern die Ausarbeitung fortgeschrittener Materialkonzepte auf der Basis der jüngsten Entwicklung höchstreiner Materialien und der Kombination unterschiedlicher Materialien zu Hybriden. Wichtig wird dabei die Erstellung fortgeschrittener Werkzeuge zur Spinmanipulation durch Weiterentwicklung spektroskopischer Methoden sein. Leitlinien hierfür sind quantenoptische Techniken zur Erreichung ultimativer Empfindlichkeit und die Entwicklung präziser Modellbeschreibungen der Spins in ihrer Vielteilchenumgebung. Das Forschungsprogramm ist in drei Teile unterteilt: (i) nulldimensionale Spinsysteme, (ii) ausgedehnte Spinsysteme und (iii) neuartige Spinsystemkonzepte. Als TRR kombiniert dieses Forschungsprogramm die Kernexpertisen des Ioffe-Instituts, der St. Petersburg State University und der TU Dortmund. Die zu untersuchenden Systeme erstrecken sich von Quantenpunkten mit eingeschlossenen Elektron- oder Lochspins bis hin zu Mikrokavitäten mit starker Licht-Materie-Wechselwirkung, die suprafluide Spinor-Polaritonkondensate enthalten. Abhängig von der gewünschten magnetischen Funktionalität, können diese Materialien mit ferromagnetischen oder plasmonischen Metallen zu Hybriden kombiniert oder durch neue Materialien wie ferromagnetische Oxide oder antiferromagnetische 2D-Systeme ersetzt werden. Diese Hardware wird es uns erlauben, bisher offene Fragen zu lösen und neuartige Konzepte zu erproben. Dazu sollen Mess- und Manipulationsstrategien mit Laserlicht und Mikrowellen sowie neue Methodiken, zum Beispiel Phononen in der ultraschnellen Akustik, genutzt werden, um eine kohärente Kontrolle wechselwirkender Spins mit Funktionalitäten, die im inkohärenten Regime nicht erreichbar sind, zu realisieren. Auf diese Weise könnte der ICRC einen entscheidenden Beitrag zu einer Spin-Optoelektronik für Informationstechnologien im klassischen oder im Quanten-Bereich leisten. Fernziel ist die Entwicklung von kohärenten Spineffekten von grundlegenden Untersuchungen hin zu technologischen Anwendungen mit einer im Vergleich zum momentanen Status verbesserten Performanz.
DFG-Verfahren Transregios
Internationaler Bezug Russische Föderation

Abgeschlossene Projekte

Antragstellende Institution Technische Universität Dortmund
Mitantragstellende Institution Saint Petersburg University, bis 2/2022
Partnerorganisation Russian Foundation for Basic Research, bis 2/2022
Sprecher Professor Dr. Manfred Bayer