Spin Effects in quasi-1D Systems of Narrow Gap Semiconductors

近几年来，在Halbleitern和Halbleiternanostrukturen vorangetrieben沃登中，自旋效应的基础研究非常密集，其动力来自电子（“Spinelektronik”）和信息技术的一个新领域。这一点很重要，因为内部旋转对Ladungsträgern的控制会产生韦尔登，这是一种新的有效的功能，用于高频电子元件，并且不会产生噪音。一个特征韦尔登是通过纳米结构形成的，在系统尺寸和量化的作用下形成的。Bei vorhandener Spin-Bahn（SB）-Wechselfeldung wird es möglich den Spin anhand von elektrischen Gleich- und Wechselfeldern zu beeinflussen und zu steuern.在这个项目中，Antrag将与美国纽约州布法罗大学（ÜB）的合作伙伴一起进行三项研究实验，并在理论和材料方面进行合作。研究重点在于准一维（1 D）异质结构中SB-Kopplungseffekte的基本结构，以及在新的自旋电子元件中的自旋耦合现象和磁致伸缩。两个研究小组对物理学和复杂的专业知识有着共同的兴趣：UB小组在光学方面有着专业知识，（speziell THz）Halbleiternanostrukturen的光谱; dem Hochel-Magnetotransport von quasizweidimensionalen（2D）Ladungsträgersystemen und Spineffekten in Halbleitern，die Gruppe an der Ruhr-Universität波鸿（RUB）hat Expertise in der Herstellung von Halbleiternanostrukturen，Magnetotransport von Quantendrähten（QD），量子点和纳米电子物理学组件。本文介绍了在汉堡大学和哈佛大学的Molekularstrahlepitaxie和Theorie的合作研究中，Starke SB-Wirkung提出的在Halbleiterheterostrukturren中通过Wachstum或Anlegen elektrischer Felder实现反演对称性的方法。在Quanten-Hall-Randkanälen（QHR）的Quantendrähte sowie中，基本研究人员正在研究一个影响电力运输的严重SB-Wechselenkung。因此，我们将进行合作研究，并利用高性能的技术和专家进行实验，使SB-Effekte对Spintronik- Anwendungen的潜在作用更加明显。Unser Forschungsvorhaben hat zwei Schwerpunkte：1.）EDSR在QHR和2中的光响应研究。在InAs-基异质结构中量子输运的EDSR和量子输运。Dieses Forschungsvorhaben bedarf zur erfolgreichen Ausführung die enge Cooperation und die komplementären Methoden der beiden Partnergruppen.（“智力成果”）Das vorgeschlagene Forschungsprogramm der Cooperation beinhaltet Materialwachstum，Nanostrukturierung，Tief temperatur-Magnetotrotransport，THz-Photoresonse Spektroskopie und Theorie um Spin-und SB-Wechselenkungseffekte in quasi-1D Systemen zu untersuchen. Der Vergleich von lithografisch hergestellten Quantendrähten mit Quanten-Hall-Randkanälen in quasi-2D Elektronengasystemen ermöglicht ein tiefes Verständnis der Grundlagen der Physik starker SB-Wechselwirkung in Halbleiter mit niedriger Bandlücke zu埃尔兰根。纳米结构和机械技术的研究，使研究的基本物理学成为一个大的研究领域。结构的能带和THz及磁输运的研究方法（电、磁、光场的物理本征值）将为在准一维结构中研究磁场对磁场的影响奠定基础。合作研究的信息将在复杂的1 D-结构的前体框架内进行垂直测试，韦尔登科宁，z.B. als kurze Quantendrähte or der Quantenpunktkontakte in Verbindung mit QHR um mit Mach-Zehnder-Interferometer spin-abhängige Kohärenzmessungen zu ermöglichen.（“更广泛的影响”）Die Resultate der Grundlagenforschung韦尔登einen Einfluss auf die Forschungsfelder der der Spinelektronik und der Festkörper-baserten Quanteninformationsverarbeitung haben. Die Doktoranden/-innen（in den USA and in Deutschland），die direkt mit dem Forschungsvorhaben verbunden sind，韦尔登breite，interdisziplinäre Kenntnisse der Grundlagenphysik，Materialwissenschaft，and Nanotechnologie erhalten and zudem“kulturelle”Weiterbildung durch einen regulären Austausch zwischen den Gruppen（ÜB und RUB）erfahren. Die Forschung ist fr Bachelor- und Masterstudenten zugänglich und sie und das Projekt，韦尔登unmittelbar durch yhr Mitchiken profitieren. Studierende unterrepräsentierter Gruppen韦尔登ermutigt teilzunehmen und im Rahmen der NSF REU gefördert. Das Forschungsvorhaben ermöglicht Studierenden der ÜB einen Forschungserfahrung in Deutschland durch ein Training und eine individuelle Vorbereitung an der ÜB und einen einmonatigen Aufenthalt an der RUB im Frühsommer.

In den letzten zehn Jahren ist sehr intensiv Grundlagenforschung zu Spin- Effekten in Halbleitern und Halbleiternanostrukturen vorangetrieben worden, motiviert durch die Möglichkeit eine neue Ära in der Elektronik („Spinelektronik") und Informationstechnologie zu eröffnen. Hierbei wird untersucht, wie der intrinsische Spin von Ladungsträgern kontrolliert beeinflusst werden kann, um neue effiziente Funktionalitäten für elektronische Bauelemente für Hochfrequenzanwendungen und niedrigem Leistungsverbrauch zu schaffen. Einzigartige Eigenschaften werden durch besondere Nanostrukturen gegeben, bei denen die Systemdimensionalität und Quanteneffekte eine Rolle spielen. Bei vorhandener Spin-Bahn(SB)-Wechselwirkung wird es möglich den Spin anhand von elektrischen Gleich- und Wechselfeldern zu beeinflussen und zu steuern. In diesem Antrag wird gemeinsam mit der Partnergruppe an der University at Buffalo (ÜB), NY, USA, ein dreijähriges experimentelles Forschungsvorhaben vorgestellt, mit weiteren Kooperationen in der Theorie und der Materialherstellung. Der Forschungsschwerpunkt liegt in dem Grundlagenverständnis der S B-Kopplungseffekte in quasi-eindimensionalen (1 D) InAs-basierten HeteroStrukturen, in denen spin-abhängige Phänomene untersucht werden und die Möglichkeiten zur Nutzung in neuen spinelektronischen Bauelementen ausgelotet werden. Die zwei Forschergruppen haben gemeinsame Interessen in der Physik und komplementäre Expertisen: die UB-Gruppe hat die Expertise in optischer (speziell THz) Spektroskopie von Halbleiternanostrukturen; dem Hochfeld-Magnetotransport von quasizweidimensionalen (2D) Ladungsträgersystemen und Spineffekten in Halbleitern, die Gruppe an der Ruhr-Universität Bochum (RUB) hat Expertise in der Herstellung von Halbleiternanostrukturen, Magnetotransport von Quantendrähten (QD), Quantenpunktkontakten und der Physik nanoelektronische Bauelemente. Bestehende Kooperationen im Bereich der Molekularstrahlepitaxie (Universität Hamburg) und der Theorie (Walter-Schottky Institut, TU München und Harvard University) unterstützen das Forschungsvorhaben.Starke SB-Wirkung entsteht, wenn die Inversionssymmetrie in Halbleiterheterostrukturen durch das Wachstum oder das Anlegen elektrischer Felder gebrochen wird. In Quantendrähte sowie in Quanten-Hall-Randkanälen (QHR) bedarf es zunächst der Grundlagenforschung um zu einem Verständnis über den Einfluss einer starken SB-Wechselwirkung auf die elektrischen Transporteigenschaften zugelangen. Hierzu wird Kooperationsforschung notwendig, um hochspezialisierte experimentelle Techniken und Expertisen zusammen zuführen und die starken SB-Effekte für potentielle Spintronik- Anwendungen zu untersuchen. Unser Forschungsvorhaben hat zwei Schwerpunkte: 1.) Photoresponsestudien von EDSR in QHR und 2.) EDSR und Quantentransport in Quantendrähten jeweils in InAs-basierten HeteroStrukturen. Dieses Forschungsvorhaben bedarf zur erfolgreichen Ausführung die enge Kooperation und die komplementären Methoden der beiden Partnergruppen.(„Intellectual Merit")Das vorgeschlagene Forschungsprogramm der Kooperation beinhaltet Materialwachstum, Nanostrukturierung, Tieftemperatur-Magnetotransport, THz- Photoresponse Spektroskopie und Theorie um Spin- und SB-Wechselwirkungseffekte in quasi-1D Systemen zu untersuchen. Der Vergleich von lithografisch hergestellten Quantendrähten mit Quanten-Hall-Randkanälen in quasi-2D Elektronengassystemen ermöglicht ein tiefes Verständnis der Grundlagen der Physik starker SB-Wechselwirkung in Halbleiter mit niedriger Bandlücke zu erlangen. Die Herstellung der Nanostrukturen und die Messtechniken, sowie die Grundlagenphysik zu erforschen stellen eine große Herausforderung dar. Die Bandbreite der untersuchten Strukturen und die THz und Magnetotransport-Untersuchungsmethoden (Abhängigkeit der physikalischen Eigenschaften von elektrischen, magnetischen und optischen Feldern) wird den Zugang zu fundamentalen Eigenschaften über das Zusammenspiel von SB-Effekten in Felder in quasi-1D Strukturen ermöglichen. Infolge der Kooperationsforschung erwarten wir ein vertieftes Verständnis unter welchen Vorraussetzung komplexe 1 D-Strukturen gefertigt werden können, z.B. als kurze Quantendrähte oder Quantenpunktkontakte in Verbindung mit QHR um mit Mach-Zehnder-Interferometer spin-abhängige Kohärenzmessungen zu ermöglichen.(„Broader Impact")Die Resultate der Grundlagenforschung werden einen Einfluss auf die Forschungsfelder der Spinelektronik und der Festkörper-basierten Quanteninformationsverarbeitung haben. Die Doktoranden/-innen (in den USA und in Deutschland), die direkt mit dem Forschungsvorhaben verbunden sind, werden breite, interdisziplinäre Kenntnisse der Grundlagenphysik, Materialwissenschaft, und Nanotechnologie erhalten und zudem „kulturelle" Weiterbildung durch einen regulären Austausch zwischen den Gruppen (ÜB und RUB) erfahren. Die Forschung ist für Bachelor- und Masterstudenten zugänglich und sie und das Projekt, werden unmittelbar durch ihr Mitwirken profitieren. Studierende unterrepräsentierter Gruppen werden ermutigt teilzunehmen und im Rahmen der NSF REU gefördert. Das Forschungsvorhaben ermöglicht Studierenden der der ÜB einen Forschungserfahrung in Deutschland durch ein Training und eine individuelle Vorbereitung an der ÜB und einen einmonatigen Aufenthalt an der RUB im Frühsommer.