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Quantenphysik in einem Halbleiter
Halbleitertechnologien wie zum Beispiel Halbleiterschaltkreise oder Halbleiterlaser sind die Grundlagen für unsere Computer und die schnelle Datenkommunikation im Internet. Um diese zu beschleunigen, müssen immer kleinere Bausteine entwickelt werden, welche eine immer grössere Anzahl von Transistoren auf der Oberfläche eines Halbleiter-Chips ermöglichen. Die in den letzten Jahren entwickelten Bausteine im Nanobereich und die daraus folgende Nanostrukturierung von Halbleitern bedeuten nicht nur für die konventionelle Elektronik, sondern auch für die Quantenwissenschaft einen Durchbruch.
Diese Halbleiter und insbesondere die Optik von Halbleiterhetero- und Nanostrukturen bilden den Hintergrund für die wissenschaftliche Arbeit von Prof. Richard J. Warburton am Departement für Physik. Der Professor für Experimentelle Physik leitet die von ihm gegründete Nano-Photonics Group, die sich aktuell mit Projekten zu Quantenphysik von nanostrukturierten Halbleitermaterialen befasst.
«Unsere Mission ist die Erforschung und Nutzung der Quantenphysik von Wechselwirkungen zwischen Festkörpermaterial und Licht, mit dem Ziel, kohärente Spins in Halbleitern zu konstruieren, nutzbares Quantenlicht zu generieren sowie Quantenverschränkungen zu erzeugen», erklärt Richard Warburton.
Dazu versuchen sie etwa, individuelle und elementare Quanteneinheiten der materiellen Welt, wie zum Beispiel einzelne Elektronen oder Lichtpartikel (Photonen), einzufangen und zu manipulieren. Der Spin, also der Eigendrehimpuls eines einzelnen Elektrons, ist ein idealer Freiheitsgrad für eine Quantenmanipulation in einem Halbleitermaterial. Demzufolge fängt die Gruppe um Warburton einzelne Elektronen ein, um deren Spins zu beeinflussen. Dies geschieht mittels Lasern, die den Spins eine bestimmte Richtung geben und sie verändern können, womit sich das Resultat der Manipulation schliesslich auslesen lässt.