Schaltkreisartige Simulation des Quanten Elektron Transports

Die Quantennatur und die quantenphysikalischen Eigenschaften von Elektronen gehören zu den wichtigsten Gesichtspunkten bei der Erforschung von elektronischen Nanostrukturen. Um von der Grundlagenforschung zu einer Umsetzung in Quanten-Bauelementen (Stichwort: Quanten-Computer) zu kommen, ist aber noch ein viel tieferes Verständnis der elektrischen Quantentransportphänomene notwendig. Zusätzlich sind dafür auch flexibel einsetzbare Simulationsmodelle für Bauteile mit realistischen Strukturen notwendig. Der Quanten Hall Effekt ist einer der bekanntesten Effekte, in den viele Aspekte der Quantenphysik involviert sind. Daher können wichtige Aspekte des Quanten Elektronen Transportes anhand des Quanten Halleffektes auf sehr fundamentalem Niveau untersucht werden. Die Bedeutung dieses Effektes in der physikalischen Grundlagenforschung kann auch daran ermessen werden, dass zwei Nobelpreise für Physik in Zusammenhang mit der Erforschung dieses Effektes vergeben wurden. Aber selbst heute, mehr als 20 Jahre nach dessen Entdeckung, gibt es immer noch kontroverse Diskussionen über dessen Ursachen, was einmal mehr die Wichtigkeit der Erforschung dieses Effektes unterstreicht. Bereits in der näheren Vergangenheit ist es uns gelungen, ein Model auf Basis eines Netzwerkes zur Simulation von Quanten Hall Effekt Experimenten zu entwickeln. Es ist zurzeit das weltweit erste und einzige Modell dieser Art, welches es ermöglicht, Simulationsergebnisse für realistische Probenstrukturen zu erhalten, die nahezu perfekt mit den experimentellen Daten übereinstimmen. Einerseits betrachten wir unser Modell als ein Werkzeug für einen alternativen Zugang zu noch offenen Fragen des Quanten Hall Effekts, andererseits sehen wir auch eine große Chance, unseren Modellansatz auch für andere Forschungszweige betreffend elektrischen Transport, inklusive klassischer Stromtransport, anzuwenden. Da bei künftigen, auf Quanteneffekten aufbauenden Bauelementgenerationen immer auch der klassische Elektronentransport eine Rolle spielen wird, sehen wir unser Modell als mögliche Grundlage für eine allumfassende Bauteilsimulation, die den klassischen und den Quantentransport mit einschließt.

Die Quantennatur und die quantenphysikalischen Eigenschaften von Elektronen gehören zu den wichtigsten Gesichtspunkten bei der Erforschung von elektronischen Nanostrukturen. Um von der Grundlagenforschung zu einer Umsetzung in Quanten-Bauelementen (Stichwort: Quanten-Computer) zu kommen, ist aber noch ein viel tieferes Verständnis der elektrischen Quantentransportphänomene notwendig. Zusätzlich sind dafür auch flexibel einsetzbare Simulationsmodelle für Bauteile mit realistischen Strukturen notwendig. Der Quanten Hall Effekt ist einer der bekanntesten Effekte, in den viele Aspekte der Quantenphysik involviert sind. Daher können wichtige Aspekte des Quanten Elektronen Transportes anhand des Quanten Halleffektes auf sehr fundamentalem Niveau untersucht werden. Die Bedeutung dieses Effektes in der physikalischen Grundlagenforschung kann auch daran ermessen werden, dass zwei Nobelpreise für Physik in Zusammenhang mit der Erforschung dieses Effektes vergeben wurden. Aber selbst heute, mehr als 20 Jahre nach dessen Entdeckung, gibt es immer noch kontroverse Diskussionen über dessen Ursachen, was einmal mehr die Wichtigkeit der Erforschung dieses Effektes unterstreicht. Bereits in der näheren Vergangenheit ist es uns gelungen, ein Model auf Basis eines Netzwerkes zur Simulation von Quanten Hall Effekt Experimenten zu entwickeln. Es ist zurzeit das weltweit erste und einzige Modell dieser Art, welches es ermöglicht, Simulationsergebnisse für realistische Probenstrukturen zu erhalten, die nahezu perfekt mit den experimentellen Daten übereinstimmen. Einerseits betrachten wir unser Modell als ein Werkzeug für einen alternativen Zugang zu noch offenen Fragen des Quanten Hall Effekts, andererseits sehen wir auch eine große Chance, unseren Modellansatz auch für andere Forschungszweige betreffend elektrischen Transport, inklusive klassischer Stromtransport, anzuwenden. Da bei künftigen, auf Quanteneffekten aufbauenden Bauelementgenerationen immer auch der klassische Elektronentransport eine Rolle spielen wird, sehen wir unser Modell als mögliche Grundlage für eine allumfassende Bauteilsimulation, die den klassischen und den Quantentransport mit einschließt.