DFG-RSF: Nichtgleichgewichts- und Wechselwirkungphänomene in ultrareinen III-V Nanodrähten

• Antragsteller: Privatdozent Dr. Gregor Koblmüller; Privatdozent Dr. Stefan Ludwig
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 310339015

Halbleiternanodrähte (SNW) werden zur Zeit von vielen Gruppen weltweit untersucht, hauptsächlich aufgrund ihrer einmaligen Flexibilität in Bezug auf Materialkombinationen, welche ein Maßschneidern physikalischer Eigenschaften ermöglichen und aufgrund ihrer annähernd eindimensionalen Geometrie perfekt für viele Anwendungen im Bereich der Nanoelektronik, Spintronik, Nanophotonik sowie Thermoelektrik sind. Allerdings haben viele dieser möglichen Anwendungen spezifische Anforderungen an die elektronischen Eigenschaften, denen die meisten bereits vorhandenen SNWs noch nicht genügen können. Dementsprechend ist ein Hauptziel des vorliegenden Antrags, ultrareine III-V-basierte SNWs mit intrinsisch hoher Ladungsträgerbeweglichkeit und gegebenenfalls hoher Spinbahnwechselwirkung zu realisieren. Dabei werden wir insbesondere für unser zweites Hauptziel passende SNWs entwickeln, nämlich ein besseres Verständnis der komplexen Wechselwirkungsdynamik der Ladungsträger in SNWs, welche für die meisten Anwendungen außerordentlich wichtig ist. Mit dem Fokus auf MBE-gewachsene InAs, InSb- und modulationsdotierte GaAs-AlGaAs Core-Shell SNWs peilen wir die volle Kontrolle der strukturellen und physikalischen Eigenschaften an, um den Übergang von dem diffusen zu dem ballistischen Transportregime beliebig einstellen zu können. In unseren Experimenten werden wir dann Vielteilchen Korrelationseffekte, die in eindimensionalen System besonders stark ausgeprägt sind, den Einfluss der Spin-Bahn-Wechselwirkung auf die Streudynamik sowie inelastische Streuung inklusive Elektron-Phonon Streuung untersuchen. Neben den Standardlithographiemethoden, um die SNWs elektrisch zu kontaktieren und über den Feldeffekt zu kontrollieren, werden wir auch intrinsische Barrieren durch das axiale Wachstum von Heterostrukturen oder sogar Übergitter verwirklichen, z. B. um damit Bragg-Reflektoren für Phononen zu kreieren und die Elektron-Phonon-Wechselwirkung zu erhöhen. Außerdem werden wir ohmsche Kontakte sowie supraleitende Kontakte in-situ in der MBE erzeugen und optimieren, zumal niederohmige Kontakte z. B. für ballistische Transportexperimente essenziell sind während uns supraleitende Kontakte die Erzeugung ungewöhnlicher Nichtgleichgewichts-Quasiteilchenzustände erlauben werden. Um all diese Ziele zu erreichen, kombinieren wir die Expertise eines multidisziplinären Teams, das bereits in der Synthese und Charakterisierung ultrareiner SNWs, Quantentransport- sowie Nichtgleichgewichtsspektroskopie und außerdem Rausch- und Scanning-Gate Experimenten aktiv forscht. Dieses Projekt wird einen bedeutenden Fortschritt in der Synthese von ultrareinen SNWs sowie dem Verständnis von Korrelations- und Nichtgleichgewichts-Wechselwirkungseffekten in SNWs bringen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Russische Föderation
• Partnerorganisation: Russian Science Foundation
• Kooperationspartner: Dr. Vadim Khrapai