Vibrationsarmer, heliumfreier 12T-Magnetkryostat für hochauflösende optische Messungen

• Fachliche Zuordnung: Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung in 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 558960541

Bei dem beantragten Großgerät handelt es sich um einen „heliumfreien“ Kryostaten (Temperaturbereich 2 K bis 350 K) für hochauflösende resonante Fluoreszenzmessungen und Transportmessungen im Magnetfeld bis 12 Tesla. Das Gerät soll insbesondere für die Untersuchung von niedrigdimensionalen Halbleiter-Heterostrukturen eingesetzt werden, die in verschiedenen Ausprägungen als Bausteine für zukünftige Anwendungen in der Quanteninformationstechnologie in Frage kommen. Dabei steht zum einen die Realisierung einer elektro-/optischen Kontrolle der Spin- und Ladungszustände in diesen Halbleiterheterostrukturen im Vordergrund. Ein möglicher Kandidat sind selbstorganisierte Quantenpunkte, die sich auch nach vielen Jahren noch als eines der am besten elektrisch und optisch kontrollierbaren Quantensysteme mit niedriger Dimension etabliert haben. Quantenpunkte sind nanometergroße Halbleiterstrukturen, in denen die Ladungsträger (Elektronen/Löcher) räumlich so eingeschränkt sind, dass Quantenphänomene auftreten. Dazu gehören neben der Energie- und Ladungsquantisierung auch Austauschwechselwirkungen und magnetische Phänomene, die Quantenpunkte zu atomähnlichen Modellsystemen machen. Neben den interessanten physikalischen Eigenschaften, die in Transportmessungen und hochauflösender resonanter Fluoreszenz in einem festkörperbasierten Modellsystem untersucht werden können, hat die hervorragende Materialqualität, die beispielsweise zu Fourier-limitierten Linienbreiten führt, ein entsprechend großes Anwendungspotential dieser Quantensysteme. Auf dem Gebiet der hochauflösenden Spektroskopie (resonante Fluoreszenz) hat die Arbeitsgruppe zentrale Arbeiten zum Verständnis der Auger-Rekombination, der Echtzeitmessung von Elektronentunneln, des Elektroneneinfangs und des inneren Photoeffekts geleistet. Dies sind physikalische Effekte, die für den Einsatz solcher Quantensysteme in der Quanteninformationsverarbeitung eine zentrale Rolle spielen werden. Diese Expertise auf dem Gebiet des zeitaufgelösten Transports und hochauflösender optischer Messungen soll mit dem beantragten Großgerät in den kommenden Jahren auf die Untersuchung anderer Materialsysteme, insbesondere optisch aktiver 2D-Materialien (WS2, MoS2, Interlayer-Exzitonen in WS2/MoS2, etc.), ausgeweitet werden. Das beantragte Großgerät ist zentral für die derzeit laufenden Arbeiten im Teilprojekt A01 des Sonderforschungsbereichs 1242 „Nichtgleichgewichtsdynamik kondensierter Materie in der Zeitdomäne“ und im Teilprojekt P4 der International Research Training Group (IRTG 2803) „Scalable 2D-Materials Architectures (2D-MATURE)“. Weitere Projekte, für die das Großgerät genutzt werden soll, sind das DFG-Projekt „Deep-level transient spectroscopy for defect characterization in dielectric materials“ und das vom Mercator Research Center Ruhr geförderte Verbundprojekt „Towards universal modeling of quantum measurements“, sowie das zur Verlängerung vorgesehene DFG-Projekt „Auger recombination in self-assembled quantum dots“.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Vibrationsarmer, heliumfreier 12T-Magnetkryostat für hochauflösende optische Messungen
• Gerätegruppe: 0120 Supraleitende Labormagnete
• Antragstellende Institution: Universität Duisburg-Essen
• Leiter: Professor Dr. Axel Lorke