SPP 1285:
Halbleiter-Spintronik
Fachliche Zuordnung
Physik
Informatik, System- und Elektrotechnik
Förderung
Förderung von 2007 bis 2016
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 26333632
Das Funktionsprinzip von Halbleiterbauelementen muss in den nächsten 20 Jahren grundlegend geändert werden, da Quanteneffekte bei fortschreitender Reduktion der Strukturgrößen immer stärker dominieren werden. Die Halbleiterindustrie ist sich dieser kommenden Revolution, die unausweichlich aus dem Mooreschen Gesetz folgt, bewusst. Bisher weiß jedoch niemand, wie solche Halbleiter-Quantenbauelemente funktionieren werden. Klassische Halbleiterbauelemente basieren auf der gezielten Kontrolle der elektrischen Ladung. Die elektrische Ladung ist für quantenmechanische Bauelemente aber unter Umständen nicht die am besten geeignete Kontrollgröße, da die Kohärenzlänge der Ortswellenfunktion von Elektronen extrem klein ist. Neben der Ladung besitzt das Elektron als weitere Eigenschaft einen Spin. Der Spin des Elektrons ist um viele Größenordnungen stabiler als die Ortswellenfunktion und daher für Quantenbauelemente prinzipiell besser geeignet. Gleichzeitig ist die Energie, die für das Umschalten der Spinorientierung benötigt wird, um Größenordnungen kleiner als die Coulomb-Ladeenergie, sodass die bereits heute extrem problematische Wärmeentwicklung bei Halbleiterbauelementen lösbar erscheint.
Die Nutzung des Elektronenspins für Halbleiterbauelemente ist seit einigen Jahren ein rasant wachsendes Forschungsgebiet, das als Halbleiter-Spintronik bezeichnet wird. Die Spintronik geht weit über die heutzutage bereits kommerziell genutzte Magnetoelektronik, die auf ferromagnetischen Metallschichten basiert, hinaus und verfolgt das Ziel, einzelne oder mehrere Spins mittels optischer oder elektrischer Methoden zu schreiben und zu lesen sowie Spinpaare kontrolliert zu koppeln. Sie beabsichtigt im Gegensatz zur Magnetoelektronik, die magnetischen Eigenschaften über die Ladungsträgerdichte zu modifizieren, spin-optoelektronische Bauelemente zu realisieren und neuartige Quantenbauelemente zu entwickeln. Die Spintronik umfasst die Forschungsgebiete der traditionellen Halbleiterphysik, des Magnetismus, der Bauelemententwicklung und der Quanteninformationsverarbeitung in Festkörpern. Wissenschaftliche Ziele des Schwerpunktprogramms sind die Erforschung
(1) der effizienten Injektion spinpolarisierter Elektronen mittels para- und ferromagnetischer Halbleiter und ferromagnetischer Metallcluster,
(2) des Transports von Elektronenspins über Grenzflächen und große Distanzen,
(3) der gezielten Manipulation der Orientierung von Elektronenspins,
(4) der Spin-Spin-Wechselwirkung,
(5) von Konzepten zur Entwicklung einer Spin-Elektronik und Spin-Optoelektronik,
(6) der Grundlagen der Spin-Quanteninformationsverarbeitung in Halbleitern.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
Internationaler Bezug
Israel, Russische Föderation
Projekte
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Birefringent Spin Polarized Electron Optics in Ballistic Nano-Devices
(Antragstellerinnen / Antragsteller
Buhmann, Hartmut
;
Hankiewicz, Ewelina M.
)
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Charge carrier systems with strong spin-orbit interaction
(Antragsteller
Wegscheider, Werner
)
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Coherent spin dynamics of carriers and magnetic ions in semiconductor heterostructures
(Antragsteller
Yakovlev, Ph.D., Dmitri
)
-
Coherent spin transport in semiconductors
(Antragsteller
Beschoten, Bernd
)
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Coordination of the priority programm
(Antragsteller
Oestreich, Michael
)
-
Crossover between 0.7-anomaly and Kondo effect - theory, transport measurements and all-optical spin detection
(Antragsteller
von Delft, Jan
;
Högele, Alexander
)
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Effects of spin-orbit interaction and geometric phases on quantum coherent spin transport and spin manipulations in semiconductor quantum dots and devices
(Antragsteller
Schön, Gerd
)
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Electrical Transport Involving Evanescent States in III-V Semiconductors: The Role of Spin-Orbit-Coupling
(Antragsteller
Wenderoth, Martin
)
-
Electron-Nuclear Spin Manipulation in Semiconductor Quantum Dots by Electrical Currents
(Antragsteller
Bacher, Gerd
;
Henneberger, Fritz
)
-
Experimental verification of the Spin Gunn Effect
(Antragsteller
Denninger, Gert
)
-
Exploring of Bulk and Structure Inversion Asymmetry in GaAs/AlGaAs Quantum Well Structures Applying Spin Photogalvanics
(Antragsteller
Ganichev, Sergey
)
-
Exploring the role of bound magnetic polaron like formations in tunneling transport
(Antragsteller
Gould, Charles
)
-
Ferromagnetic GaN based structures for room temperature spintronics: spin dynamics and spin interactions
(Antragsteller
Hägele, Daniel
)
-
Ferromagnetic GaN by focussed ion beam implanted rare earths
(Antragsteller
Reuter, Dirk
)
-
Kinetic theory of spin dependent transport with strong spin-orbit scattering
(Antragsteller
Schwab, Peter
)
-
Magnetization of semiconductor nanostructures with spin-orbit interaction
(Antragsteller
Grundler, Dirk
)
-
Majorana fermions and transport in quantum wires with strong spin-orbit coupling
(Antragsteller
von Oppen, Felix
)
-
Microscopic theory of spin-splittings and ballistic spin currents in semiconductor nanostructures
(Antragsteller
Vogl, Peter
)
-
Molecular-beam epitaxy of group III nitride-based dilute magnetic semiconductors
(Antragsteller
Trampert, Achim
)
-
Non-linear optical spectroscopy for studying carrier spins in quantum dots
(Antragsteller
Bayer, Manfred
)
-
Optical control of isolated Mn Spins in GaAs
(Antragsteller
Akimov, Ilya
)
-
Optically induced non-equilibrium spin transport in mesoscopic semiconductor circuits
(Antragsteller
Holleitner, Alexander Walter
)
-
Quantum Dots Spins in High-Q Optical Resonators: Spin Meets Cavity QED
(Antragsteller
Bratschitsch, Rudolf
)
-
Quantum Manipulation of Spins in Semiconductors
(Antragsteller
Belzig, Wolfgang
)
-
Spin-dependent electron transport in GaAs- and InAs-based nanostructures
(Antragstellerin
Fischer, Saskia F.
)
-
Spin dynamics in semiconductors
(Antragsteller
Oestreich, Michael
)
-
Spin-Hall effect in 3D- and 2D-hole systems
(Antragsteller
Weiss, Dieter
)
-
Spin injection and detection in Silicon based heterostructures
(Antragsteller
Bougeard, Dominique
)
-
Spin injection, spin transport and controllable ferromagnetism in transition metal doped ZnO
(Antragsteller
Gross, Rudolf
)
-
Spin pumping through quantum dots
(Antragsteller
König, Jürgen
)
-
Spin qubits and entanglement in semiconductor nanostructures, as well as spin decoherence due to the hyperfine interaction and the spin-orbit coupling
(Antragsteller
Burkard, Guido
)
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Spin transfer torque dynamics in diluted ferromagnetic semiconductor nanostructures
(Antragsteller
Schumacher, Hans-Werner
)
-
Spin transport and manipulation in GaAs quantum wells using surface acoustic waves
(Antragsteller
Santos, Paulo V.
)
-
Spin transport and relaxation
(Antragstellerin
Nunner, Tamara
)
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Spintronics in novel low-dimensional semiconductors
(Antragsteller
Mirlin, Alexander
)
-
The relation between spatial electron and spin propagation in n-type GaAs based semiconductor structures
(Antragsteller
Ossau, Wolfgang
)
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Theory of spin relaxation and spin dynamics in silicon: from bulk to quantum dots
(Antragsteller
Fabian, Jaroslav
)
-
Transport and magnetization dynamics in semimagnetic quantum dots
(Antragstellerin
Pfannkuche, Daniela
)
-
Ultrafast and time-resolved Raman spectroscopy of spin excitations in p-doped semiconductor heterostructures
(Antragsteller
Schüller, Christian
)
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Ultrafast manipulation and quantum kinetics of spin decoherence in magnetic quantum dots
(Antragsteller
Kuhn, Tilmann
)