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Neue Erkenntnisse über die Energieniveaus in Quantenpunkten

© RUB, Marquard

Den theoretisch vorhergesagten Auger-Effekt haben Forscher experimentell in Quantenpunkten nachgewiesen. Die Erkenntnisse helfen beim Verständnis der Strukturen, die die Basis der Quantenkommunikation bilden könnten.

Forscher aus Basel, Bochum und Kopenhagen haben neue Einblicke in die Energiezustände von Quantenpunkten gewonnen. Diese Halbleiter-Nanostrukturen sind vielversprechende Kandidaten für die grundlegenden Informationseinheiten für eine Quantenkommunikation. Die Wissenschaftler bestätigten mit ihren Experimenten gewisse Energieübergänge in Quantenpunkten, die zuvor nur theoretisch vorhergesagt waren: den sogenannten strahlenden Auger-Prozess. Für die Untersuchungen verwendeten die Forscher in Basel und Kopenhagen spezielle Proben, die das Team vom Lehrstuhl für Angewandte Festkörperphysik der RUB hergestellt hatte. Sie berichten über die Ergebnisse in der renommierten Zeitschrift Nature Nanotechnology, online erschienen am 15. Juni 2020.

Interessant für eine Quantenkommunikation
Als Quantenpunkt bezeichnet man einen eng begrenzten Bereich in einem Halbleiter, in dem ein Ladungsträger, zum Beispiel ein Elektron, eingesperrt wird. Interessant für die Quantenkommunikation ist dieses Konstrukt, weil sich mithilfe des Ladungsträger-Spins Informationen codieren lassen. Für diese Codierung ist es nötig, den Spin von außen manipulieren und auslesen zu können. Daher interessieren sich Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler beispielsweise dafür, was genau im Quantenpunkt passiert, wenn Energie von außen auf das künstliche Atom eingestrahlt wird.

Den strahlenden Auger-Prozess beobachtete das internationale Team nun erstmals in Quantenpunkten, welche die Bochumer Gruppe in Halbleitern aus Indiumarsenid und Galliumarsenid erzeugt hatte. Dr. Julian Ritzmann, Dr. Arne Ludwig und Prof. Dr. Andreas Wieck vom Lehrstuhl für Angewandte Festkörperphysik gelang es, in beiden Materialien Quantenpunkte mit sehr stabilen Umgebungen zu erzeugen. Das war entscheidend, um den strahlenden Auger-Prozess nachzuweisen. Bereits seit vielen Jahren arbeitet die Gruppe an der RUB an den optimalen Bedingungen für stabile Quantenpunkte.

Ruhr-Universität Bochum

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