GeTe Nanodrähte für Anwendungen in Quantum Technologie
Jülich, 05. Februar 2021
Forschern des Peter Grünberg Instituts gelang es in Zusammenarbeit mit der University of Southern California, Los Angeles und der East China Normal University in Shanghai in GeTe Nanodrähten Quantenoszillationen im Suprastrom zu beobachten.
GeTe ist bekannt als Material, welches sich für Anwendung in der Speichertechnologie eignet. Hier wird die Möglichkeit ausgenutzt durch einen elektrischen Strom die Kristalleigenschaften und damit die Bitinformation zu verändern. Gerade bei Anwendungen bei tiefen Temperaturen, z.B. in der Quantentechnologie, erschließen sich noch vielfältige neue Möglichkeiten aufgrund der einzigartigen Materialeigenschaften von GeTe. Eine wichtige Voraussetzung ist hier, extrem kleine Strukturen im Bereich von wenigen zehn Nanometern herzustellen.
Im Rahmen des Projektes wurden mittels Gasphasenabscheidung einige Mikrometer lange GeTe Nanodrähte mit einem Durchmesser von nur einigen zehn Nanometern abgeschieden. Anschließend wurden diese Nanodrähte im Reinraum der Helmholtz Nano Facility in Jülich in elektronische Bauelemente integriert und nachfolgend bei extrem tiefen Temperaturen elektrisch vermessen.
Bei Proben, die mit normalleitenden Kontakten versehen waren wurden bei Anlegen eines Magnetfeldes entlang des Nanodrahtes regelmäßige Widerstandsoszillationen beobachtet. Diese ließen sich dadurch erklären, dass sich entlang der Oberfläche des Nanodrahtes ringförmig geschlossenen Quantenzustände ausgebildet haben. Diese Messungen zeigen eindeutig, dass es möglich ist, kontrollierte Quantenzustände in einem GeTe Nanodraht zu erzeugen, eine wichtige Voraussetzung für Anwendungen in Quantenbauelementen. In weiteren Experimenten wurden die Nanodrähte mit eng beieinanderliegenden supraleitenden Kontakten versehen. Hier zeigte sich, dass die oben genannten ringförmigen Quantenzustände zu ausgeprägten Oszillationen im Josephson Suprastrom führen.
Unsere Ergebnisse beweisen, dass GeTe nicht nur interessant für klassischen Anwendungen im Bereich Phasenwechselmedien ist, sondern auch ein sehr hohes Potential für zukünftige Quantenbauelemente hat.
Das entwickelte Modell und die damit verbundene Wachstumsstrategie der phasenreinen ND sind nicht nur auf selbstkatalysierte GaAs ND beschränkt, sondern lässt sich auf die Synthese von phasenreinen ND aus verschiedenen III/V-Materialsystemen übertragen. Die Ergebnisse stellen einen großen Fortschritt auf dem Gebiet des ND-Wachstums dar und bildet die entscheidende Grundlage für die Anwendung von ND in fortschrittlichen Lasern und Einzelphotonenquellen für die Quantenkommunikation.
Originalpublikation:
“Flux periodic oscillations and phase-coherent transport in GeTe nanowire-based devices”, Jinzhong Zhang, Pok-Lam Tse, Abdur-Rehman Jalil, Jonas Kölzer, Daniel Rosenbach, Martina Luysberg, Gregory Panaitov, Hans Lüth, Zhigao Hu, Detlev Grützmacher, Jia Grace Lu, Thomas Schäpers.