Spinrauschspektroskopie höherer Ordnung von kohärent wechselwirkenden Quantensystemen

• Antragsteller: Professor Dr. Daniel Hägele
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie ; Theoretische Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 341960391

Wir wollen gekoppelte Quantensysteme untersuchen, indem wir die Methode der Spinrauschspektroskopie erweitern und verallgemeinern. Jenseits der gewöhnlichen Spinrauschspektroskopie, die auf Kumulanten zweiter Ordnung des Messsignals beruht, ergeben sich mit Spektren höherer Ordnung die Möglichkeiten homogene von inhomogenen Verbreiterungen zu trennen, Kohärenzen nachzuweisen oder Zeitumkehrinvarianz zu testen. Wir wollen die theoretischen quantenmechanischen Grundlagen für Rauschspektroskopie zweiter und höherer Ordnung legen und Messungen an stark gekoppelten Paaren von Kernspins und Elektronenspins in Halbleitern (so genannten hybriden Qubits) durchführen. Wir beabsichtigen(i) analytische quantenmechanische Ausdrücke für Spektren höherer Ordnung aus der Theorie der kontinuierlichen Quantenmessungen herzuleiten. Dieser Ansatz erlaubt eine übersichtliche systematische Behandlung von Rauschen für beliebig hohe Ordnungen. Die Theorie basiert auf einer stochastischen Version der Lindblad Gleichung (quantenmechanische Mastergleichung) und schließt die Behandlung von Temperatur und Dissipation durch Wechselwirkung mit einem externen Bad mit ein.(ii) Rauschspektren zweiter und höherer Ordnung des Donatorelektrons von Indium in ZnO zu messen. Der Elektronenspin bildet mit dem 9/2 Indiumkernspin ein stark gekoppeltes Quantensystem.(iii) Rauschspektren bis vierter Ordnung für das ZnO:In System numerisch zu berechnen und mit den gemessenen Spektren zu vergleichen.Vorarbeiten unserer Gruppe zeigen, dass unser theoretischer Ansatz bekannte Ausdrücke für das Leistungsspektrum zweiter Ordnung bestätigt. Darüberhinaus erscheint in den Ausdrücken auf natürliche Weise der Einfluss der Messung auf das System. Dies kann benutzt werden, um eine störungsarme Messung gegen verkürzte Messzeiten abzuwägen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen