TRR 160: Coherent manipulation of interacting spin excitations in tailored semiconductors

TRR 160:定制半导体中相互作用自旋激发的相干操纵

基本信息

  • 批准号:
    249492093
  • 负责人:
  • 金额:
    --
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    德国
  • 项目类别:
    CRC/Transregios
  • 财政年份:
    2015
  • 资助国家:
    德国
  • 起止时间:
    2014-12-31 至 2022-12-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Spin excitations are considered as attractive hardware because of their superior coherence properties compared to other excitations in condensed matter and the possibility of novel collective phases emerging from interactions among spins. The main goal of the present initiative is to exploit such great potential with a particular focus on using semiconductors as material basis. Prospectively, if successful, spins may take over some of the functionalities so far fulfilled by charges. If semiconductors, whose electrical and optical properties can be tailored almost arbitrarily, could possess even highly-controllable magnetic order and properties, all-in-one-chip solutions for information processing could be envisaged. These goals require elaboration of advanced material concepts inspired by recent progress in obtaining highest purity systems and in combining different materials to hybrids. In addition, a significant role will be played by sophisticated manipulation tools, more specifically by advancements of spectroscopic approaches. This needs to be guided by quantum optical techniques to reach ultimate sensitivity and, at the same time, by the development of elaborate modeling of spins in their many-body environment. The research program is subdivided in three research areas: (i) zero-dimensional spin systems, (ii) extended spin systems and (iii) novel concepts of spin systems. Organized as a TRR, this program combines the core expertise of the Ioffe-Institute, the St. Petersburg State University and the TU Dortmund. The systems to be studied range from quantum dots, hosting localized electron and hole spins, to microcavities with strong light-matter coupling, containing superfluid spinor polariton condensates. Depending on the targeted magnetic functionality, these material systems are either combined with ferromagnetic or plasmonic metals to form hybrids or replaced with novel materials such as ferromagnetic oxides or antiferromagnetic 2D systems. This hardware will help us to answer yet unresolved problems and to explore completely novel approaches. To that end, measurement and manipulation tools involving laser light and microwave radiation as well as novel tools exploiting, e.g., phonons in ultrafast acoustics shall be used to reach coherent control of interacting spins with functionalities that cannot be achieved in the incoherent regime. Following this approach, the ICRC could provide an essential contribution to the future development of spin-optoelectronics for information technologies in the classical and the quantum regime. The ultimate goal is to drive coherent spin effects from the stage of fundamental investigations towards technological applications outperforming the present-day state-of-the-art ones.
自旋激发被认为是有吸引力的硬件,因为它们的上级的相干性相比,在凝聚态物质中的其他激发和新的集体阶段出现的可能性,从自旋之间的相互作用。本倡议的主要目标是利用这种巨大的潜力,特别侧重于使用半导体作为材料基础。如果成功的话,旋转可能会接管到目前为止由收费完成的一些功能。如果半导体,其电学和光学特性几乎可以任意定制,甚至可以拥有高度可控的磁序和特性,那么可以设想用于信息处理的全集成芯片解决方案。这些目标需要详细阐述先进的材料概念,这些概念受到最近在获得最高纯度系统和将不同材料组合成混合物方面取得的进展的启发。此外,复杂的操作工具,更具体地说,光谱方法的进步将发挥重要作用。这需要通过量子光学技术来指导,以达到最终的灵敏度,同时,通过在多体环境中开发精细的自旋建模。该研究计划分为三个研究领域:(i)零维自旋系统,(ii)扩展自旋系统和(iii)自旋系统的新概念。作为TRR组织,该计划结合了Ioffe研究所,圣彼得堡彼得堡州立大学和TU多特蒙德的核心专业知识。要研究的系统范围从量子点,托管本地化的电子和空穴自旋,到具有强光-物质耦合的微腔,包含超流体自旋或极化激元凝聚。根据目标磁性功能,这些材料系统与铁磁或等离子体金属组合以形成混合物,或者用诸如铁磁氧化物或反铁磁2D系统的新型材料代替。这些硬件将帮助我们解决尚未解决的问题,并探索全新的方法。为此,涉及激光和微波辐射的测量和操纵工具以及利用例如,超快声学中的声子将用于实现相互作用自旋的相干控制,其功能在非相干状态下无法实现。按照这种方法,红十字国际委员会可以为经典和量子领域信息技术的自旋光电子学的未来发展做出重要贡献。最终目标是将相干自旋效应从基础研究阶段推向超越当今最先进技术的技术应用。

项目成果

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