Spin Dynamik in Graphen Quantenpunkten

• Antragsteller: Professor Dr. Björn Trauzettel
• Fachliche Zuordnung: Theoretische Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 263366350

Graphen ist ein besonderes Material, um die Spin Dynamik lokalisierter Elektronenspins (in Quantenpunkten) gekoppelt an die nuklearen Spins der Atomkerne zu studieren. Interessanterweise, tragen (bei natürlicher Isotopenverteilung) nur 1% aller Kerne einen nuklearen Spin ½. Die Kopplung zwischen Elektronspins und nuklearen Spins wird durch die Hyperfeinwechselwirkung übertragen. In Graphen Quantenpunkten typischer Größe ist die Anzahl der nuklearen Spins jedoch immer noch recht groß (1000-100000). Es ist aber möglich, durch Isotopenreinigung den 13C-Gehalt gegenüber dem 12C-Gehalt, der keinen nuklearen Spin trägt, zu reduzieren. Daher lässt sich die Anzahl der Freiheitsgrade des Bades von nuklearen Spins auf 1-10 pro Quantenpunkt erniedrigen.Wir möchten die Spin Dynamik lokalisierter Elektronenspins und nuklearer Spins in Graphen Quantenpunkten analysieren. Das ist ein interessantes Forschungsthema aus mindestens zweierlei Sicht: (i) Anwendungen in der Quanteninformationstheorie und (ii) fundamentalen Fragestellungen der Quantenthermodynamik. Dazu werden wir numerische Methoden (basierend auf exakter Diagonalisierung) und analytische Methoden (basierend auf der Nakajima-Zwanzig Gleichung) verwenden. Wir möchten Konzepte aus der Quantenthermodynamik wie Typikalität, Thermalisierung und Quanten Darwinismus in Graphen Quantenpunkten untersuchen. Diese Forschung wird es uns erlauben, messbare Konsequenzen dieser abstrakten Konzepte in einem realen System vorherzusagen. Auf lange Sicht erwarten wir uns davon ein besseres Verständnis der mikroskopischen Beschreibung der Thermodynamik in mesoskopischen Systemen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen