Kontrolle der Elektron-Phonon Wechselwirkung in Nano-Schaltkreisen - Regime der starken Kopplung

• Antragsteller: Privatdozent Dr. Stefan Ludwig; Professor Dr. Felix von Oppen; Dr. Paulo V. Santos
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie ; Theoretische Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 405619279

Phononen sind mit die fundamentalsten Anregungen in Festkörpern. Sie wechselwirken mit ihrer Umgebungm und die Elektron-Phonon Wechselwirkung hat wichtige Konsequenzen für technologisch relevante Anwendungen. So können elektronische Anregungen über phononische Freiheitsgrade dissipieren und dephasieren. Phononen spielen deshalb bereits eine entscheidende Rolle in den Prozessoren heutiger Computer und stellen eine große Herausforderung für zukünftige festkörperbasierte Quantentechnologien dar. Mittlerweile existieren aber auch zahlreiche Anwendungen, die sich nicht-thermische akustische Phononen zu Nutze machen. Beispiele sind auf Oberflächenwellen basierte akusto-elektrische Filter, auf phononischen Metamaterialien beruhende akustische Dioden oder höchstempfindliche nanomechanische Massensensoren. Dieser Antrag widmet sich der Wechselwirkung zwischen den Anregungen einzelner Elektronen und akustischer Phononen in nanoelektrischen Quantenschaltkreisen. Unser Ziel ist es, phononische Anregungen für Quantentechnologien nutzbar zu machen. dafür möchten wir die gekoppelte kohärente Dynamik hybrider Quantensysteme aus räumlich eingeschränkten Phononen und Elektronen manipulieren und kontrollieren. Beispielsweise könnte man ausgedehnte Felder in räumlichen Phonon-Kavitäten zur Vernetzung entfernter festkörperbasierter Quantenbits nutzen. Hier werden wir den ersten Schritt gehen und hybride Elektron-Phonon Quantensysteme in maßgeschneiderten Nanostrukturen realisieren. Wir werden diese Hybridstrukturen anhand von Transportexperimenten untersuchen und dabei, z.B. das Analog eines Lasers mit Phononen anstelle von Photonen verwirklichen. Unser Hauptfokus wird aber auf der Elektron-Phonon Wechselwirkung in gekoppelten Quantenpunkten im Regime weniger Elektronen in hochqualitativen Phononenresonatoren liegen, um das Regime starker Kopplung zu erreichen. Gemeinsam mit der Kohärenz des Hybridsystems ist dies eine Grundvoraussetzung für Anwendungen in der Quanteninformationsverarbeitung.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen