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Peter Grünberg Institut
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Erkundung nanoskaliger Quantensysteme

Die Funktionalität von so gut wie jedem elektronischen oder opto-elektronischen Bauelement basiert auf quantenmechanische Prinzipien. Trotz alle dem, einige der einzigartigen Eigenschaften der Quantenmechanik, wie zum Beispiel das Superpositionsprinzip, d.h. Objekte können gleichzeitig in unterschiedlichen Zuständen sein, oder die Verschränkung von zwei quantenmechanischen Zuständen werden derzeitig in der Mainstream-Technologie noch nicht genutzt. Die gerade aufstrebende Technologie von Quantencomputing und Quantenkommunikation nutzt gerade diese Eigenschaften der Quantenmechanik. Hierdurch können für einen klassischen Computer unlösbare Aufgaben gelöst werden oder eine in sich sichere Kommunikation gewährleistet werden. All diese Konzepte basieren auf nanostrukturierte Bauelemente und oft auch auf neuartige Materialien.

Um zum Beispiel eine Quantenbit zu realisieren, die kleinste Informationseinheit in einem Quantencomputer, kann der Elektronenspin eines einzelnen Elektrons in einem Halbleiterquantenpunkt genutzt werden. Derartige Quantenpunkte können in Nanodrähten realisiert werden. Halbleiternanostrukturen können auch genutzt werden um einzelnen Photonen für die Quantenkommunikation zu erzeugen. Zu guter Letzt haben sich die Möglichkeiten zur Realisierung derartiger Quantensystem durch das Aufkommen von neuartigen Materialien, wie zum Beispiel topologische Isolatoren oder zweidimensionale Materialien, deutlich erhöht.

Nanodraht mit Gate-EletrodenNanodraht mit Gate-Eletroden
Copyright: Sebastian Heedt

Weitere Informationen:

Hybridsysteme

Topologische Isolatoren

Halbleiter-Spin-Qubits

2D Materials

Zusatzinformationen

Superconductor-Nanowire Hybrid

III-V Halbleiter-Hybridsysteme

III-V Halbleiter, bestehend aus Elementen der Gruppe III und V, wie z.B. GaAs oder AlGaAs, sind oft die bevorzugten Materialien wenn es darum geht Quanteneffekte in Nanostrukturen zu untersuchen.

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Quintuple Layer

Topologische Isolatoren

Seit der Entdeckung einer neuen Materialklasse, den sogenannten topologischen Isolatoren, gibt es große Forschungsanstrengungen an diesem neuartigen Typ von Festkörpern. Topologische Isolatoren, sind Isolatoren im Volumen und haben eine lineare Energiedispersion an der Oberfläche.

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Spin Qubit

Spin Qubits

The research interest of this group is focused on the development of semiconductor based low dimensional quantum systems, such as single impurities in quantum wells, colloidal nanocrystals in epitaxial heterostructures and Stranski-Krastanow quantum dots.

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2D-hetero-teaser

2D Materials

Monolayers (ML) of group IV-B transition metal dichalcogenides (TMDs) exhibit remarkable optical properties.

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