Elektronenstrahl-Nanostrukturierungsapparatur

• Fachliche Zuordnung: Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2008 bis 2011
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 65124308

• Erstellungsjahr: 2012

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Schwerpunkt der Forschung am Lehrstuhl für Experimentelle Festkörperphysik der LMU München ist die Herstellung, Charakterisierung und Kontrolle künstlicher nanoskaliger Systeme. Die Forschungsgruppe verfolgt das Ziel, die elektronischen, optoelektronischen und elektromechanischen Eigenschaften von Festkörpern, insbesondere von Halbleitern, mittels Nanostrukturierung maßzuschneidern und die mit der Größenreduktion einher gehenden physikalischen Phänomene zu verstehen. Dies erlaubt das Studium neuartiger, auch quantenmechanischer Phänomene in festkörperbasierten Nanosystemen. Elektronenstrahllithographisch definierte Gatter ermöglichen es uns, gekoppelte Doppel- und Dreifachquantenpunkte, sogenannte künstliche Moleküle, auf der Basis von GaAs- oder SiGe-Heterostrukturen herzustellen und ihre elektronischen Eigenschaften durch Ladungstransportexperimente zu studieren. Wir untersuchen dabei den Einfluss der Festkörperumgebung auf die kohärente Dynamik der Freiheitsgrade von Elektronenspin und Elektronenladung. Quellen der Dekohärenz in Festkörpern können das Elektronenbad der Zuleitungen, Phononen, Kernspins, Ladungsfluktuationen oder Detektor-Rückwirkungseffekte sein. Unsere Experimente zielen in Richtung festkörperbasierter Quanteninformationsverarbeitung, basierend auf Spin- und Ladungs-Qubits in Halbleiter-Nanostrukuren. Ein anderes Arbeitsgebiet umfasst die Untersuchung optischer und optoelektronischer Phänomene In Halbleiter-Nanostrukturen. Einen Schwerpunkt bilden räumlich indirekte, dipolare Exzitonen in Doppelquantentöpfen. die bei tiefen Temperaturen manipuliert und in lithographisch definierten elektrostatischen Mikrofallen eingefangen werden können. Dabei ermöglicht die Spektroskopie mit hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung Einblick in Kohärenzeigenschaften und Vielteilcheneffekte dipolar wechselwirkender Exzitonen, auch unter dem Einfluss quantisierender Magnetfelder. Ebenso werden in unserer Gruppe nanomechanische Bauelemente hergestellt und auf ihre physikalischen Grundlagen und Anwendungsmöglichkeiten erforscht. Dabei werden effiziente elektrische und optische Konzepte zur Anregung und zum Nachweis resonanter Schwingungen von Nanosaiten im Radiofrequenzbereich entwickelt. An solchen oft aus verspanntem Siliziumnitrid bestehenden Nanoresonatoren werden auch deren Resonanzgüte, Dämpfung und nichtlineares bis bistabiles Verhalten erforscht, sowie die kohärente Kontrolle der Bewegung einzelner und gekoppelter Nanoresonatoren durch hochfrequente elektromagnetische Strahlung von Radiofrequenzen bis in den Bereich sichtbaren Lichts. Bei all diesen Arbeiten hat die ständige Weiterentwicklung der Herstellungsverfahren neuartiger nanostrukturierter Bauelemente und Systeme eine zentrale Bedeutung. So ermöglichen uns hochauflösende Lithographie- und Strukturierungsmethoden, Nanostrukturen mit kleinsten Abmessungen bis zu unter 10 Nanometern zu realisieren. Durch die fachübergreifenden Arbeiten im Rahmen des Centers for NanoScience (CeNS) und des Exzellenzclusters Nanosystems Inititiative Munich (NIM) an der LMU München versucht die Forschungsgruppe somit, technologische und physikalische Grundlagen für die Entwicklung künstlicher Nanoysteme mit großem Anwendungspotential in der klassischen und Quanteninformationsverarbeitung sowie der Sensorik zu schaffen.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• "Phonon-Mediated Nonequilibrium Interaction between Nanoscale Devices" Phys. Rev.Lett. 102, 186801 (2009)
  G.J. Schinner, H.P. Tranitz, W. Wegscheider, J.P. Kotthaus, and S. Ludwig
  
• "Photocurrent properties of freely suspended carbon nanotubes under uniaxial strain" Appl. Phys. Lett. 94, 261106 (2009)
  S.M. Kaniber, L. Song, J.P. Kotthaus, and A.W. Holleitner
  
• "Universal transduction scheme for nanomechanical systems based on dielectric forces" Nature 458, 1001-1004 (2009)
  Q.P. Unterreithmeier, E.M. Weig, J.P. Kotthaus
  
• "Acoustic-phonon-based interaction between coplanar quantum circuits in a magnetic field" Phys. Rev. B 82, 201310(R) (2010)
  M.G. Prokudina, V.S. Khrapai, S. Ludwig, J.P. Kotthaus, H.P. Tranitz and W. Wegscheider
  
• “Electrostatically defined quantum dots in a Si/SiGe heterostructure” New J. Phys. 12, 113019 (2010)
  A. Wild, J. Sailer, J. Nützel, G. Abstreiter, S. Ludwig and D. Bougeard
  
• “Measuring nanomechanical motion with an imprecision below the standard quantum limit” Phys. Rev. A 82, 061804(R) (2010)
  G. Anetsberger, E. Gavartin, O. Arcizet, Q.P. Unterreithmeier, E.M. Weig, M.L. Gorodetsky, J.P. Kotthaus, and T.J. Kippenberg
  
• “Cavity optomechanics and cooling nanomechanical oscillators using microresonator enhanced evanescent near-field coupling“ C. R. Physique 12, 800-816 (2011)
  G. Anetsberger, E.M. Weig, J.P. Kotthaus, T.J. Kippenberg
  
• “Determination of energy scales in few-electron double quantum dots” Rev. Sci. Instr. 82, 123905 (2011)
  D. Taubert, D. Schuh, W. Wegscheider, and S. Ludwig
  
• “Tunable photoemission from an excitonic antitrap” Nano Lett. 12, 326–330 (2011)
  K. Kowalik-Seidl, X.P. Vögele, B.N. Rimpfl, G.J. Schinner, D. Schuh, W. Wegscheider, A.W. Holleitner, and J.P. Kotthaus