Schaltkreis-Quantenelektrodynamik mit hochohmigen supraleitenden Resonatoren und Lochspins

• Antragsteller: Professor Dr. Guido Burkard; Dr. Ioan Pop
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie ; Theoretische Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 450396347

In diesem Projekt werden hybride Quantensysteme aus Lochspins in Halbleiternanostrukturen in hochohmigen supraleitenden Resonatoren experimentell und theoretisch untersucht. Die Kombination der langen Spin-Kohärenzzeiten von Löchern in Silizium und Germanium (SiGe) mit ihrem verdünnten Kernspinsystem einerseits, und hochohmigen Resonatoren aus körnigem Aluminium (grAl) andererseits, stellt eine einzigartige Plattform dar, um die starke Kopplung von individuellen Spins an eine einzelne bosonische Mode im Sinne der Hohlraumquantenelektrodynamik (cavity QED) zu untersuchen. In diesem Zusammenhang ist es eine interessante offene Frage, ob und inwieweit die starke Spin-Bahn-Wechselwirkung im Valenzband von Germanium zu einer induzierten elektrischen Dipolkopplung des Spins an das elektrische Feld des supraleitenden Resonators führen kann. Kurzfristiges Ziel wird es sein, mit Hilfe des supraleitenden grAl-Resonators ein dispersives Auslesen des Lochspins zu erreichen, was bei mäßiger Spin-Photon-Kopplung realistisch ist. Gegen Ende des Projekts wollen wir das starke Kopplungsregime der Hohlraum-QED zwischen einem Lochspin und einem einzelnen Photon erreichen. Wir werden ein theoretisches Modell entwickeln, welches das Hybridsystem beschreibt, das aus Löchern in SiGe-Quantenpunkten besteht, die an einen hochohmigen Resonator gekoppelt sind, und damit den Transmissionskoeffizienten des Resonators berechnen, der Informationen über die Spin-Photon-Kopplung enthält. Ein langfristiges Ziel ist es, die Möglichkeit zu untersuchen, zwei entfernte Lochspins durch den Austausch virtueller Mikrowellenphotonen im supraleitenden Resonator zu koppeln.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Österreich
• Partnerorganisation: Fonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung (FWF)
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Wolfgang Wernsdorfer, Ph.D.
• Kooperationspartner: Professor Dr. Georgios Katsaros