Studentenseminar SS 2010:
Quantendynamik in mesoskopischen Systemen: Auf dem Weg zur Nanoelektronik

Dr. Dario Bercioux, Prof. Dr. Hermann Grabert, PD Dr. Lothar Mühlbacher, PD Dr. Oliver Mülken, Dr. Daniel Urban

Auch nach 45 Jahren scheint das Moore'sche Gesetz, welches eine Halbierung der Größe der in Mikroprozessoren eingesetzten Strukturen alle 20 Monate vorraussagt, weiterhin gültig zu sein. Dementsprechend wird innerhalb des kommenden Jahrzehnts mit der Entwicklung von Schaltelementen auf molekularer oder gar atomarer Ebene gerechnet. Verstärkte Forschungsaktivitäten der großen Chiphersteller bezüglich des Einflusses von Quanteneffekten auf den elektrischen Transport in nanoskopischen Strukturen unterstreichen diese Prognosen.
Die Realisierung von nano-elektronischen Strukturen im Labor ist schon seit einigen Jahren möglich: Fortschritte in Litographieverfahren und dem Einsatz von Elektronenmikroskopen, sowie die Entwicklung entsprechender experimenteller Techniken erlauben z.B. die Detektierung von einzelnen Elektronen und die Beobachtung der dazugehörigen quantenmechanischen Transportphänomene. Dabei zeigt sich, dass im Gegensatz zu den bisherigen "klassischen" elektrischen Bauteilen die Funktionsweise von Schaltelementen auf der Nanoskala von gänzlich neuen Effekten bestimmt wird.

Das Ziel dieses Seminars ist eine Einführung in dieses spannende und sehr aktive Forschungsgebiet der Quantendynamik in mesoskopischen Systemen. Anhand aktueller Literatur sollen sowohl die theoretischen als auch die experimentellen Aspekte der Physik des elektronischen Transports in Nanostrukturen vorgestellt und diskutiert werden. Neben Effekten wie Coulombblockade, Quantisierung von Ladungstransport und wechselwirkenden Umgebungsfreiheitsgraden wird der Einfluss der Elektronenspins behandelt ("Spintronics"), der im Gegensatz zum klassischen Ladungstransport im quantenmechanischen Fall eine fundamentale Rolle spielt, wie z.B. der Kondo-Effekt verdeutlicht.

Vorbesprechung

Die Vorbesprechung findet am ersten Seminartermin am Mittwoch 21.4. um 14:00 c.t. im Seminarraum Westbau 2.OG statt.
Vortragsthemen

Folgende Themen sollen in jeweils einem Seminarvortrag vorgestellt und besprochen werden:
  • Überblick über Methoden der theoretischen Festkörperphysik
    (Daniel Urban, 28.4.)
  • Klassischer Ladungstransport (pdf)
    (Faouzi Saidani, 12.5.; Betreuer: Oliver Mülken)
  • Leitwertquantisierung und Landauerformel (pdf:1, pdf:2)
    (Nina Leonhard, 12.5.; Betreuer: Daniel Urban)
  • Tunneleffekt und Tunnelhamiltonian (pdf)
    (Lukas Ogrodowski, 19.5.; Betreuer: Lothar Mühlbacher)
  • Coulomb-Blockade und Kondoeffekt (pdf)
    (Marcin Wysokinski, 2.6.; Betreuer: Daniel Urban)
  • Lokalisierung (pdf)
    (Tobias Binninger, 9.6.; Betreuer: Oliver Mülken)
  • Stromrauschen und Ladungstransferstatistik (pdf)
    (Sebastian Waltz, 16.6.; Betreuer: Daniel Urban)
  • Quanten-Hall- und Quanten-Spin-Hall-Effekt (pdf)
    (Dario Bercioux, 23.6)
  • kohlenstoffbasierte Nanoelektronik: Graphene (pdf)
    (Linnéa Schätzle, 30.6.; Betreuer: Dario Bercioux)
  • kohlenstoffbasierte Nanoelektronik: Carbon-Nano-Tubes (pdf)
    (Florian Figge, 7.7.; Betreuer: Dario Bercioux)
  • Spintronics (pdf)
    (Waltraud Buchenberg, 14.7.; Betreuer: Dario Bercioux)
  • Numerische Methoden: Quanten-Monte-Carlo-Simulationen (pdf)
    (Lothar Mühlbacher)
Kontakt

Dr. Dario Bercioux
Prof. Dr. H. Grabert
PD Dr. Lothar Mühlbacher
PD Dr. Oliver Mülken
Dr. Daniel Urban