Weltweit arbeiten Forscher daran, quantenphysikalische Effekte für energiesparende und schnellere Informationstechnologien einsetzbar zu machen. Grundlage dafür könnten Halbleiter sein. Ziel ist es, nicht nur die optischen und elektronischen Eigenschaften von Halbleitern manipulieren zu können, sondern auch ihre magnetischen Eigenschaften. Möglich ist das, indem man den Spin der Elektronen im Halbleiter kontrolliert, eine Art Eigendrehimpuls, über dessen Richtung sich Informationen in einem System codieren lassen.
Quanteneffekte treten normalerweise nur auf atomarer Ebene auf. Unter bestimmten Bedingungen können sie jedoch auch Auswirkungen auf makroskopischer Ebene haben, nämlich wenn es zu einer kohärenten Überlagerung mehrerer Zustände kommt. In einem kohärenten System stehen die Phasen verschiedener Spinwellen in einer festen Beziehung zueinander. Äußere Einflüsse können jedoch die Phasen verschieben und die Kohärenz zerstören, die den gespeicherten Informationen ihren Sinn verleiht.
Die Forscherinnen und Forscher im SFB/Transregio 160 arbeiten daran, nicht nur einzelne kohärente Spins manipulieren zu können, sondern auch interagierende Spins. Um das zu erreichen, sind zum einen Halbleitermaterialien von höchster Reinheit erforderlich; im SFB entstehen dafür neue Materialkonzepte. Außerdem entwickeln die Kooperationspartner ausgefeilte theoretische Modelle für die Interaktionen der Spins.
Die Interaktionen zwischen den Spins werden maßgeschneidert, entweder um schädliche Umweltinteraktionen zu unterdrücken und die Spin-Kohärenz aufrechtzuerhalten oder um Interaktionen zwischen den Spins zu untermauern. So haben die Wissenschaftler bereits Überlagerung und Verschränkung von Quantenzuständen etabliert, um Funktionalitäten zu erreichen, die in inkohärenten Systemen nicht realisierbar wären.
SFB/TR 160