Überblick

Wenn einzelne Elektronen zählen

Hochpräzise Kontrollmechanismen eröffnen Möglichkeiten für festkörperbasierte Quantensysteme.

  • Simon Gustavsson, Clemens Rössler, Thomas Ihn und Klaus Ensslin
  • 05 / 2011 Seite: 33

In nanoskaligen Festkörpersys­temen wie Quantenpunkten beruhen Transportphänomene auf einzelnen Elektro­nen. Gekoppelte Quantenbau­ele­men­­te erlauben es, zeitabhängig nachzuweisen, wenn ein einzelnes Elektron auf einen Quantenpunkt kommt bzw. ihn verlässt. Dies erlaubt Strom- und Rauschmessungen mit einer Empfindlichkeit, die jene von konventioneller Messelektro­nik um mehrere Größenordnungen übersteigt. So lässt sich experimentell die Selbst­interferenz eines quantenmechanischen Teilchens nachweisen. Eine der­art präzise Kontrolle war bislang nur im Bereich der Quantenoptik möglich.

Schaltvorgänge in heutigen Halbleitertransistoren basieren auf der Verschiebung von einigen Dutzend Elektronen. Diese Zahl sinkt exponentiell mit der Zeit, ganz wie die Zahl der Transis­toren pro Chip gemäß dem Mooreschen Gesetz exponentiell zunimmt. Extrapoliert man die Entwicklung der letzten 30 Jahre, dürfte ein Transistor spätestens in 15 Jahren nur noch mit einem einzigen Elektron geschaltet werden. Ist das realistisch? Oder erwächst dies zu einem weiteren physikalischen Grund, warum die derzeitige Entwicklung der Computertechnologie zu Ende gehen oder sich in eine andere Richtung entwickeln wird? Könnte man umgekehrt diese Situation zum Anlass nehmen, um über das Verständnis und mögliche Anwendungen von Halbleiter-Quantensystemen neu nachzudenken? So genannte Einzelelektronentransistoren, bei denen der Stromfluss nach der Regel „ein Elektron nach dem anderen“ funktioniert, sind seit rund zwei Jahrzehnten Gegenstand der Untersuchungen und mittlerweile bestens verstanden. Neue Fragen ergeben sich aus der Zeitabhängigkeit des elektronischen Transports, aus den Korrelationen zwischen Elektronen sowie der Kohärenz und der ­Manipulierbarkeit ihrer Zustände. ...

Share |
thumbnail image: Wenn einzelne Elektronen zählen

Aktuelles Heft

Inhaltsverzeichnis
10 / 2017

thumbnail image: PJ 10 2017

Anomalien von Wasser

Ursprung des Lebens

Fraunhofer-Linien

Phänomenta

Zugang Physik Journal

Nur DPG-Mitglieder haben vollen Zugriff auf alle Hefte und Online-Inhalte des Physik Journal und müssen sich dafür mit ihrer Mitgliedsnummer registrieren » 

Erst wenn die Artikel des Physik Journal älter als drei Jahre sind, stehen sie kostenlos und frei zugänglich zur Verfügung

Als DPG-Mitglied erhalten Sie den Physik Journal Newsletter, wenn Sie sich dafür bei der DPG registrieren »

Mediadaten

Die Mediadaten für Werbe­mög­lich­kei­ten im Phy­sik Jour­nal finden Sie als PDFs hier:
2017 deutsch / eng­lisch
2018 deutsch / englisch

Webinar

Warum reale akustische Systeme nur multiphysikalisch simuliert werden können

  • 02. November 2017

In diesem Webi­nar wird ge­zeigt, warum man bei­spiels­weise schon bei der Simu­la­tion eines „ein­fachen“ Laut­spre­chers auf multi­phy­si­ka­li­sche Kopp­lung an­ge­wie­sen sein kann, wenn man ex­pe­ri­men­tel­le Er­geb­nis­se kor­rekt re­pro­du­zie­ren will.

Alle Webinare »

Site Login

Bitte einloggen

Andere Optionen Login

Website Footer