Logo der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt

Einzelelektronenpumpen in Halbleiterstrukturen

Arbeitsgruppe 2.53

Ein wichtiger Forschungsbereich der Arbeitsgruppe ist das kontrollierte Pumpen einzelner Elektronen in Halbleiternanostrukutren. Der Vorteil von Einzelelektronenpumpen auf Halbleiterbasis ist, dass sie bei höheren Frequenzen als metallische SET-Pumpen betrieben werden können. Durch SET-Pumpen mit GHz-Arbeitsfrequenzen können dann Einzelelektronenströme bis hin zu einigen nA realisiert werden. Solche hohen Ströme sind extrem wichtig für spätere Anwendung wie das direkte Schließen des metrologischen Dreiecks oder getaktete Einzelphotonenquellen.

Schwerpunkt der Untersuchungen sind neuartige halbleitende Einzelelektronenpumpen mit starker Gatemodulation [1]. Aktuelle Arbeiten umfassen die Untersuchung des Pumpens durch Modulation eines einzelnen Gateparameters [2] sowie die Herstellung paralleler Pumpen mit erhöhtem Pumpstrom [3]. Details zum Transportmechanismus sind in Ref. [4] zu finden.

Schematische Darstellung des Pumpens einzelner Elektronen durch Modulation eines einzelnen Gateparameters (VAC).Einzelelektronenpumpe auf Basis eine GaAs/AlGaAs Heterostruktur. Die Richtung des Stromes wird bestimmt, je nach dem, welches der äußeren Gates (violett eingefärbt) angesteuert wird. Das mittlere Gate (gelb eingefärbt) steuert die Zahl der gepumpten Elektronen pro Zyklus.


[1] M. D. Blumenthal, B Kaestner, et al. Nature Physics (2007).

[2] B. Kaestner, V. Kashcheyevs, S. Amakawa, M.D. Blumenthal, L. Li, T.J.B.M. Janssen, G. Hein, K. Pierz, T. Weimann, U. Siegner, H.W. Schumacher, Non-adiabatic single-parameter quantized charge pumping, Phys. Rev. B 77, 153301 (2008).

[3] P. Mirovsky, B. Kaestner, C. Leicht, A. C. Welker, T. Weimann, K. Pierz, and H. W. Schumacher, to be published in Appl. Phys. Lett. (arXiv:1011.2705v1 [cond-mat.mes-hall]).

[4] V. Kashcheyevs and B. Kaestner, Universal decay cascade model for dynamical quantum dot initialization, Phys. Rev. Lett. 104, 186805 (2010).