Collaborative Research: Spin Physics `by design' in quantum dot molecules

合作研究:量子点分子中“设计”的自旋物理

基本信息

  • 批准号:
    1505628
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 19.31万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Continuing Grant
  • 财政年份:
    2015
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2015-05-15 至 2020-03-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Non-TechnicalModern electronic devices (e.g. computer hard drives) use "spin" to store information. Other optoelectronic devices (e.g. lasers) use light to transmit information. This project investigates new materials that could integrate these two functions in a single system. We will explore the properties of coupled pairs of semiconductor quantum dots that behave like molecules with unique and tunable properties. The results will provide the scientific foundation for building faster and more powerful computing, information transmission and information storage devices. The project will train graduate students in the conduct of research. It will also help to inspire and educate younger students by bringing hands-on scientific experiments into K-12 classrooms. TechnicalCoupled pairs of semiconductor quantum dots are called quantum dot molecules because coherent tunneling between the individual quantum dots leads to the formation of molecular states with unique and tunable properties. This project will develop the scientific foundation for predictive design of tailored properties for individual charges confined within quantum dot molecules. To accomplish this objective, the research team is investigating specific changes in the structure, composition and electric field environment of the quantum dot molecule that they hypothesize will lead to new optoelectronic and spin properties. The team will grow designed quantum dot molecules using molecular beam epitaxy and fabricate device structures that allow application of two-dimensional electric field profiles that break the molecular symmetry. The resulting optoelectronic and spin properties will be characterized with optical spectroscopy at low temperatures and in high magnetic fields. The team will develop the computational tools necessary to accurately predict the properties of new quantum dot complexes that incorporate nontraditional materials such as GaBiAs and rare-earth nanoinclusions. Close interaction between theory and experiment will allow refinement and validation of the computational models, setting the stage for predictive engineering of solid state nanostructures with tailored properties.
非技术现代电子设备(例如计算机硬盘驱动器)使用“旋转”来存储信息。其他光电设备(例如激光器)使用光来传输信息。该项目研究可以将这两种功能集成在单个系统中的新材料。我们将探索半导体量子点耦合对的特性,这些量子点的行为类似于具有独特且可调特性的分子。 研究结果将为构建更快、更强大的计算、信息传输和信息存储设备提供科学基础。该项目将培训研究生进行研究。它还将通过将动手科学实验带入 K-12 课堂来帮助启发和教育年轻学生。技术耦合的半导体量子点对被称为量子点分子,因为各个量子点之间的相干隧道效应导致​​形成具有独特且可调特性的分子态。该项目将为量子点分子内单个电荷的定制特性的预测设计奠定科学基础。为了实现这一目标,研究小组正在研究量子点分子的结构、成分和电场环境的具体变化,他们假设这些变化将带来新的光电和自旋特性。该团队将使用分子束外延生长设计的量子点分子,并制造允许应用打破分子对称性的二维电场分布的器件结构。由此产生的光电和自旋特性将通过低温和高磁场下的光谱来表征。该团队将开发必要的计算工具,以准确预测包含 GaBiAs 和稀土纳米夹杂物等非传统材料的新型量子点复合物的特性。理论与实验之间的密切相互作用将允许计算模型的细化和验证,为具有定制特性的固态纳米结构的预测工程奠定基础。

项目成果

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