Elektronenpaare auf Knopfdruck

(Nanowerk News) In der Quantenoptik ist die Erzeugung verschr√§nkter und r√§umlich getrennter Photonenpaare z. B. f√ľr die Quantenkryptografie bereits Realit√§t. Eine analoge Erzeugung und r√§umliche Trennung verschr√§nkter Elektronenpaare in Festk√∂rpern konnte allerdings bislang noch nicht nachgewiesen werden. Nun sind Physiker der Leibniz Universit√§t Hannover und der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) einen wichtigen Schritt in dieser Richtung vorangekommen. Sie konnten erstmals die paarweise Emission von Elektronen aus einem Halbleiter-Quantenpunkt und deren anschliessende r√§umliche Aufspaltung in zwei getrennte Leiter nachweisen.
Ihre Ergebnisse sind in der aktuellen Online-Ausgabe der renommierten Fachzeitschrift Nature Nanotechnology veröffentlicht ("Partitioning of on-demand electron pairs").
Geätzter Halbleiterkanal mit Elektronenquelle (A) und Barriere (B)
Geätzter Halbleiterkanal mit Elektronenquelle (A) und Barriere (B). Die Elektronenpaare werden von der Quelle emittiert und an der Barriere aufgespalten, sodass sie in zwei getrennte elektrische Leitungen abfliessen (Pfeil). (Bild: PTB)
Die gezielte Kontrolle und Manipulation quantenmechanischer Zust√§nde k√∂nnte in Zukunft vielversprechende Anwendungen wie Quantencomputer und Quantenkryptografie erm√∂glichen. In der Quantenoptik ist eine derartige gezielte Kontrolle und Manipulation von Quantenzust√§nden bereits seit einiger Zeit Realit√§t. So k√∂nnen zum Beispiel gezielt Paare von verschr√§nkten, aber r√§umlich getrennten Photonen erzeugt werden, die f√ľr die Quantenkryptografie von grundlegender Bedeutung sind. Eine analoge Erzeugung und r√§umliche Trennung verschr√§nkter Elektronen in Festk√∂rpern w√§re f√ľr zuk√ľnftige Anwendungen von grosser Bedeutung, konnte allerdings bislang noch nicht nachgewiesen werden. Die Ergebnisse aus Hannover und Braunschweig sind ein wichtiger Schritt hin zu diesem Ziel.
Als Elektronenquelle nutzten die Physiker der Leibniz Universit√§t Hannover und der PTB sogenannte Halbleiter-Einzelelektronenpumpen. Diese emittieren bei gezielter Anregung durch Spannungspulse jeweils eine bestimmte Anzahl von Elektronen. Die Einzelelektronenpumpe wurde dabei so betrieben, dass sie pro Spannungspuls, quasi auf Knopfdruck, jeweils genau ein Elektronenpaar in einen Halbleiterkanal abgab. Im Kanal befand sich wiederum eine halbdurchl√§ssige elektronische Barriere, die den Kanal in zwei elektrisch getrennte Bereiche teilte. √úber eine sogenannte Korrelationsmessung wurde anschliessend aufgezeichnet, ob die Elektronenpaare die Barriere passierten, an ihr reflektiert oder von ihr aufgetrennt wurden. Dabei zeigte sich, dass bei geeigneter Wahl der Parameter tats√§chlich √ľber 90 Prozent der Elektronenpaare an der Barriere aufgespalten und r√§umlich getrennt wurden. Dies ist ein wichtiger Schritt hin zur gezielten Erzeugung und Trennung verschr√§nkter Elektronenpaare in Halbleiterbauteilen.
Source: Physikalisch-Technischen Bundesanstalt
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