Künstliche Atome aus Bochum
SCIENCE „Editors‘ Choice“ adelt Arbeit zur Quantenmechanik
Das „Rauschen“ im Atom hat System
Unvorhergesehene Beziehungen
Die künstlichen Atome, auch „quantum dots“ genannt, enthalten einige 10.000 Atome (In und As) und sind um zehn Nanometer klein. „Während einzelne Atome sozusagen naturgegeben sind, können wir diese künstlichen Atome gezielt in ihrer Größe und Zusammensetzung maßschneidern“, erklärt Prof. Wieck. Das so genannte Rauschen der in den Atomen enthaltenen Elektronen, das dadurch entsteht, dass sie etwa ihre Anzahl oder ihre Dreh-Richtung (Spin) verändern, wurde bislang als störend angesehen. In einer internationalen Kooperation haben die Bochumer Forscher gemeinsam mit Dr. Scott Crooker (Los Alamos, USA) und das Team von Prof. Dr. Manfred Bayer (TU Dortmund) aber jetzt herausgefunden, dass sich bei hinreichend langer Beobachtungszeit in Magnetfeldern doch eine Beziehung zwischen den vielen Elektronen in diesen künstlichen Atomen feststellen lässt. Diese Beobachtung wurde noch nicht theoretisch vorhergesagt und hängt von der Richtung im Kristall ab: Kristalle haben aufgrund ihrer mikroskopisch regelmäßigen Zusammensetzung ausgezeichnete Richtungen, z.B. entlang der Atomreihen, senkrecht zu ihnen usw.
Lebensdauer der Quantenzustände ist ablesbar
„Diese Beobachtung war nur unter Einsatz riesiger Messdatenmengen möglich, die in Echtzeit verarbeitet werden mussten: Rund ein Terabyte in acht Minuten“, beschreibt Prof. Wieck. „Aus den Ergebnissen lassen sich die Lebensdauern der elektronischen Quantenzustände ablesen, die für die Entwicklung von so genannten Quantencomputern sehr wichtig sind.“
Titelaufnahmen
Science Editors' Choice, Volume 327, Number 5967, Issue of 12 February 2010 S. A. Crooker, J. Brandt, C. Sandfort, A. Greilich, D. R. Yakovlev, D. Reuter, A. D. Wieck, and M. Bayer: Spin Noise of Electrons and Holes in Self-Assembled Quantum Dots. In: Phys. Rev. Lett. 104, 36601 (2010), doi: 10.1103/PhysRevLett.104.036601
