Nanoelektronik

In der Informationstechnologie werden große Anstrengungen unternommen, um Probleme, die sich aus der Miniaturisierung herkömmlicher Geräte mit komplementären Metalloxid-Halbleitern ergeben, zu lösen. In der Mikroelektronik versuchen ForscherInnen immer kleinere und schnellere Transistoren zu bauen, indem sie deren Abmessungen verringern oder Materialien mit anderen erfolgversprechenden Eigenschaften auswählen.

Dagegen untersuchen GrundlagenforscherInnen neue Konzepte, die die Informationsverarbeitung nach völlig anderen Prinzipien ermöglichen. In diesem Sinne schlugen Loss und DiVincenzo den Einsatz elektronischer Teilchen mit Eigendrehimpuls (Spin) als grundlegende Quantenbits (Qubits) vor. Mit diesen in lithografisch definierten Quantum Dosts (QDs) begrenzten Teilchen könnte ein Quantencomputer (QC) hergestellt werden.

Bisher konzentrierten sich die meisten Arbeiten zu experimentellen Halbleitern in Bezug auf QCs auf Galliumarsenid-basierenden QDs. Allerings geht die Quantenkohärenz des Eigendrehimpuls elektronischer Teilchen in Quantendots aus Galliumarsenid auf Grund der Hyperinteraktion mit dem nuklearen Eigendrehimpuls in relativ kurzen Zeitspannen verloren.

Parallel zur Entwicklung von Spin Qubits (SQs) löste die Aussicht, topologische Qubits (TQs) für Quantencomputer einzusetzen, jüngst eine Welle der Begeisterung aus. Solche TQs sollen auch gegenüber Dekohärenz robust sein. Der Schwerpunkt dieser Vorschläge lag auf den so genannten Majorana-Fermionen, die von Majorana vor mehr als 70 Jahren präsentiert wurden. Mehrere Studien empfahlen für die Herstellung von Majorana-Fermionen den Einsatz topologischer Isolatoren und Halbleiterdrähte im Nanobereich. Tatsächlich wurde in den letzten Jahren über erste experimentelle Merkmale von Majorana-Fermionen berichtet.

Für die Quantenberechnung würde sich eine faszinierende Perspektive eröffnen, wenn sich Quanteninformation zwischen SQs und TQs kohärent übertragen ließe; damit könnten die Vorteile der zwei Systeme – SQs sind einfach zu bearbeiten und auszulesen, TQs sind robuster  – kombiniert werden. In Anbetracht eines solchen langfristigen Traums versprechen die Ge-basierten Nanostrukturen den größten Erfolg, weil sie ein enormes Potenzial für SQs und Majorana-begrenzte Zustände zeigen.

In unserer Gruppe untersuchen wir Qubits mit Eigendrehimpuls in Ge-basierten Systemen, selbst gebaute QDs und litografisch definierte QDs in zweidimensionalen Elektronengasen. Parallel dazu versuchen wir zu verstehen, ob Majorana-Fermionen hergestellt und in einem Elektronengas-System erkannt werden können.

Kontakt

Georgios Katsaros
Institute of Science and Technology Austria (IST Austria)
Am Campus 1
A – 3400 Klosterneuburg


E-mail: georgios.katsaros@remove-this.ist.ac.at

CV und Publikationsliste

Website der Katsaros Gruppe

Assistentin

Stephanie Danzinger

Phone: +43 (0)2243 9000-1124
E-mail:  stephanie.danzinger@remove-this.ist.ac.at

Team

  • Raimund Kirchschlager, Predoctoral Visiting Scientist
  • Josip Kukucka, PhD Student
  • Elisabeth Lausecker, Postdoc
  • Alisha Truhlar, PhD Student
  • Lada Vukusic, PhD Student
  • Hannes Watzinger, PhD Student

Ausgewählte Publikationen

  • Ares, N., Golovach, V. N., Katsaros, G., Stoffel, M., Fournel, F., Glazman, L. I., Schmidt, O.G. and De Franceschi, S. Nature of tunable g factors in quantum dots Phys. Rev. Lett. 110, 046602 (2013).
  • Zhang, J. J., Katsaros G., Montalenti, F., Scopece, D., Rezaev, R. O., Mickel, C., Rellinghaus, B., Miglio, L., De Franceschi, S., Rastelli, A. and Schmidt, O.G. Monolithic growth of ultra-thin Ge nanowires on Si(001) Phys. Rev. Lett. 109, 085502 (2012).
  • Katsaros, G., Golovach, V.N., Spathis, P., Ares, N., Fournel, F., Schmidt, O.G., Glazman, L.I. and De Franceschi S. Observation of spin selective tunnelling in SiGe nanocrystals Phys. Rev. Lett. 107, 246601 (2011).
  • Katsaros, G., Spathis, P., Stoffel, M., Fournel, F., Mongillo, M., Bouchiat, V., Lefloch, F., Rastelli, A., Schmidt O.G., and De Franceschi, S. Hybrid superconductor-semiconductor devices made from self-assembled SiGe nanocrystals on silicon Nature Nanotechnology 5, 458-464 (2010).
  • Katsaros, G., Tersoff, J., Stoffel, M., Rastelli, A., Acosta-Diaz, P., Kar, G. S., Costantini, G., Schmidt, O. G. and Kern, K. Positioning of strained islands by interaction with surface nanogrooves Phys. Rev. Lett. 101, 096103 (2008).

Karriere

Ab 2016 Assistant Professor, IST Austria
Seit 2012 Group Leader, Johannes Kepler University, Linz, Austria
2011–2012 Group Leader, Leibniz Institute for Solid State and Materials Research, Dresden, Germany
2006-2010 Postdoc at CEA, Grenoble, France
2006 PhD, Max Planck Institute for Solid State Research, Stuttgart, Germany
2001-2002 Research Assistant, National Center for Scientific Research “Demokritos”, Athens, Greece

Ausgewählte Auszeichnungen

2013 ERC Starting Grant
2013 FWF START Award
2012 FWF Lise Meitner Fellowship
2011 Marie Curie Carrier Integration Grant

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