Elektronische, optische und Transporteigenschaften von Quantenpunkten in proximitiertem Zweilagen-Graphen

• Antragstellerin: Dr. Angelika Hildegard Knothe-Schulz
• Fachliche Zuordnung: Theoretische Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 555830897

Wir schlagen vor, das Zusammenspiel zwischen Wellenfunktionseinschluss und Proximity-Effekten zu untersuchen in Quantenpunkten in Heterostrukturen aus zweischichtigem Graphen und anderen 2D-Materialien, wie Übergangsmetall-Dichalcogeniden (TMDs) und 2D-Magneten. Gate-definierte Quantenpunkte in zweischichtigem Graphen haben sich als faszinierende Plattform erwiesen, um ihre eingeschlossenen Wenig-Teilchen-Zustände zu untersuchen und für potenzielle Quanteninformationstechnologien wie beispielsweise Qubits. Mittels des Proximity-Effekts werden TMDs und magnetische Materialien in den eingeschlossenen Zuständen zusätzliche Eigenschaften induzieren, wie beispielsweise eine starke Spin-Bahn-Kopplung und magnetische Austauschfelder, welche in zweischichtigen Graphen selbst nicht auftreten. Während Proximity-Effekte in ausgedehnten Systemen bereits experimentell und theoretisch untersucht wurden, ist die Physik der Proximity-Kopplung in eingeschlossenen Systemen weitaus weniger erforscht. In gate-definierten Quantenpunkten ergibt sich eine einzigartige Kombination aus kontrolliert einschließbaren Wellenfunktionen, sowie intrinsischen und Proximity-induzierten Materialeigenschaften. Diese Quantenpunkte stellen somit eine ideale Testplattform dar, um das Zusammenspiel von räumlichem Einschluss, Proximity-Effekten und Wechselwirkungen zu untersuchen. Erste experimentelle Realisierungen von elektrostatisch eingeschlossenen Nanostrukturen in proximitiertem zweilagigem Graphen werden erst jetzt möglich. Dieses Projekt zielt darauf ab, durch die Untersuchung von Quantenpunkten in proximitiertem zweischichtigem Graphen das erste theoretisches Grundverständnis von Proximity-Effekten in eingeschränkten Geometrien zu entwickeln. Wir werden mikroskopische Modelle entwickeln, welche die Quantenpunkte realistisch beschreiben, indem wir die Materialeigenschaften von zweischichtigem Graphen, die Proximity-induzierten Eigenschaften, die Wechselwirkungen der Elektronen und die Eigenschaften des Confinements berücksichtigen. Wir werden die eingeschlossenen Zustände und ihre optischen und Transporteigenschaften von einzelnen und mehreren gekoppelten Quantenpunkten untersuchen, sowie der Frage nachgehen, wie Proximity-Effekte in eingeschränkten Geometrien beeinflusst und genutzt werden können, um maßgeschneiderte Quantenpunkte zu entwerfen, z.B. um diese als Qubits zu verwenden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen