Eines Tages könnten Quantenpunkte die Informationseinheit für Quantencomputer bilden. Noch gibt es viel über sie zu erforschen.

Forscher der RUB und der Universität Duisburg-Essen haben neue Erkenntnisse über Quantenpunkte gewonnen. Dabei handelt es sich um kleine Inseln in Halbleitern, in die sich einzelne Elektronen einsperren lassen. Sie könnten eines Tages die Informationseinheiten in Quantencomputern bilden.

Durch fein justiertes Einstellen der Halbleiter-Eigenschaften erzeugten die Physiker besondere langlebige Energiezustände im Inneren der Quantenpunkte, die normalerweise zu instabil sind, um vermessen zu werden. Die Ergebnisse sind im Journal „Physical Review B“ vom 15. Januar 2018 veröffentlicht.

Elektronen besetzen bestimmte Energieniveaus

Quantenpunkte sind rund zehn Nanometer groß. Aufgrund ihrer geringen Ausdehnung ist die Bewegung der Elektronen im Inneren räumlich stark eingeschränkt. Dadurch kann die Energie in einem Quantenpunkt nicht kontinuierliche Werte haben; stattdessen nehmen die Elektronen nur ganz bestimmte Energieniveaus ein – ähnlich wie in Atomen, in denen die Elektronen bestimmte Schalen besetzen.

Normalerweise befindet sich ein Quantenpunkt im thermodynamischen Gleichgewicht; das heißt, die enthaltenen Elektronen besetzen die verfügbaren Energiezustände nacheinander vom niedrigsten zum höchsten.

Nichtgleichgewichtszustände

Mithilfe der sogenannten Kapazitäts-Spannungs-Spektroskopie lassen sich diese Energieniveaus messen. Zustände im Nichtgleichgewicht – in denen die Elektronen also die normalen Regeln für die Besetzung der Energieniveaus nicht befolgen – konnten mit dieser Methode bislang nicht detektiert werden. Genau das gelang nun dem Team aus Duisburg-Essen und Bochum.

„Nichtgleichgewichtsprozesse sind für das Maßschneidern von Materialien für bestimmte technische Anwendungen sehr nützlich“, erklärt Prof. Dr. Andreas Wieck, Koautor und Leiter des Lehrstuhls für Angewandte Festkörperphysik. „Sie können aber auch fatal sein. Daher sind Kenntnisse über die Erzeugung und Kontrolle dieser Prozesse wichtig.“

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