Numerische Methoden zur Beschleunigung der Analyse des Ladungsträgertransports in Quantenbauelementen der Hochfrequenztechnik und Photonik auf der Grundlage der von-Neumann-Gleichung

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Dirk Schulz
• Fachliche Zuordnung: Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik ; Hardwaresysteme und -architekturen für die Informationstechnik und die Künstliche Intelligenz, Quantentechnische Systeme
• Förderung: Förderung seit 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 387905924

Die ultraschnelle Spintronik soll helfen, neue ultraschnelle Speichersysteme und Informations-technologien zu entwickeln. Die Modellierung des dynamischen Verhaltens ist hierbei für die Entwicklung von neuartigen Komponenten unerlässlich. Anhand der bisher erzielten Ergebnisse des Vorhabens ist erkennbar, dass numerische Algorithmen auf der Grundlage der von Neumann-Gleichung in Schwerpunktkoordinaten für die Beschreibung des dynamischen Transportverhaltens prädestiniert sind. Daher sollen numerische Algorithmen zur dynamischen Beschreibung des Ladungsträgertransports unter Berücksichtigung des magnetischen Moments für Anwendungen in der Spintronik auf der Grundlage der von-Neumann-Gleichung in Schwerpunktkoordinaten entwickelt werden. Zur Formulierung des Hamilton-Operators soll vor allem die empirische Tight-Binding-Methode herangezogen werden, mit der der Hamilton-Operator einerseits in Form von Differentialoperatoren als auch andererseits in Form von Matrizen, die abhängig von den Übergangselementen zwischen einzelnen Atomen des Kristallgitters sind, dargestellt werden kann. Der Hamilton-Operator wird einen Multibandoperator darstellen, der im analytischen Fall Pseudospins und im matrixwertigen Fall die Spinausrichtung der für den Transport relevanten Orbitale enthalten wird. Auf dieser Basis sollen Strategien zur Modellierung von relevanten niedrigdimensionalen Strukturen der Spintronik unter Berücksichtigung von geeigneten Unterraumverfahren wie zum Beispiel der Mode-Space-Approximation (MSA) entwickelt werden. Zu nennen sind insbesondere Komponenten, in denen die Steuerung von zum Beispiel Spintransistoren unter Ausnutzung des Rashba-Effekts erfolgen soll. Mit den entwickelten Verfahren könnte auch zukünftig die Analyse des Ladungsträgertransports in topologischen Materialien untersucht oder auch Wechselwirkungsmechanismen zur Anregung von Spinwellen durch ultrakurze Laserpulse einbezogen werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen