Valleytronik

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Die Valleytronik ist ein experimentelles Gebiet bei Halbleitern, das lokale Extrema in der elektronischen Bandstruktur ausnutzt. Bestimmte Halbleiter haben mehrere Tiefpunkte in der elektronischen Bandstruktur der ersten Brillouin-Zone und werden als Multivalley-Halbleiter bezeichnet.[1][2] Die Valleytronik ist die Technologie der Kontrolle über den Tal-Freiheitsgrad, ein lokales Maximum/Minimum auf dem Valenz-/ oder Leitungsband, von solchen Multivalley-Halbleitern.

Der Begriff wurde in Analogie zur Spintronik geprägt. Während in der Spintronik der innere Freiheitsgrad des Spins genutzt wird, um Informationsbits zu speichern, zu manipulieren und auszulesen, ist der Vorschlag für die Vallytronik, ähnliche Aufgaben mit Hilfe der mehrfachen Extrema der Bandstruktur zu erfüllen, so dass die Information von 0s und 1s als unterschiedliche diskrete Werte des Kristallimpulses gespeichert würden.

Vallytronik kann sich auf andere Formen der Quantenmanipulation von Tälern in Halbleitern beziehen, einschließlich Quantenberechnung mit Tal-basierten Qubits,[3][4] Talblockade und andere Formen der Quantenelektronik. Der erste experimentelle Nachweis der in dem Einzelnachweis[5] vorhergesagten Talblockade (die den Satz von Coulomb-Blockade und Pauli-Spin-Blockade vervollständigt) wurde in einem mit einem einzigen Atom dotierten Siliziumtransistor beobachtet.[6]

Mehrere theoretische Vorschläge und Experimente wurden in einer Vielzahl von Systemen durchgeführt, wie Graphen,[7] dünnschichtigem Phosphoren,[8] einige Übergangsmetall-Dichalcogenid-Monolagen,[9] Diamant,[10] Bismut, Silizium,[4][11][12] Kohlenstoff-Nanoröhren, Aluminiumarsenid und Silicen.

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. ↑ Kamran Behnia: Condensed-matter physics: Polarized light boosts valleytronics. In: Nature Nanotechnology. Band 7, Nr. 8, August 2012, ISSN 1748-3395, S. 488–489, doi:10.1038/nnano.2012.117, PMID 22751224.
  2. ↑ Christoph E. Nebel: Valleytronics: Electrons dance in diamond. In: Nature Materials. Band 12, Nr. 8, August 2013, ISSN 1476-1122, S. 690–691, doi:10.1038/nmat3724, PMID 23877395.
  3. ↑ O. Gunawan, B. Habib, E. P. de Poortere, M. Shayegan: Quantized conductance in an AlAs two-dimensional electron system quantum point contact. In: Physical Review B. Band 74, Nr. 15, Oktober 2006, ISSN 0163-1829, S. 155436, doi:10.1103/PhysRevB.74.155436, bibcode:2006PhRvB..74o5436G.
  4. ↑ a b Dimitrie Culcer, A. L. Saraiva, Belita Koiller, Xuedong Hu, S. Das Sarma: Valley-Based Noise-Resistant Quantum Computation Using Si Quantum Dots. In: Physical Review Letters. Band 108, Nr. 12, 20. März 2012, S. 126804, doi:10.1103/PhysRevLett.108.126804.
  5. ↑ Journal of nanoscience and nanotechnology. In: Journal of nanoscience and nanotechnology. 2015, ISSN 1533-4899 (worldcat.org [abgerufen am 6. Mai 2021]).
  6. ↑ A. Crippa, M. L. V. Tagliaferri, D. Rotta, M. De Michielis, G. Mazzeo: Valley blockade and multielectron spin-valley Kondo effect in silicon. In: Physical Review B. Band 92, Nr. 3, Juli 2015, ISSN 0163-1829, S. 035424, doi:10.1103/PhysRevB.92.035424, bibcode:2015PhRvB..92c5424C.
  7. ↑ A. Rycerz, J. Tworzydło, C. W. J. Beenakker: Valley filter and valley valve in graphene. In: Nature Physics. Band 3, Nr. 3, März 2007, ISSN 1745-2481, S. 172–175, doi:10.1038/nphys547 (nature.com [abgerufen am 6. Mai 2021]).
  8. ↑ Yee Sin Ang, Shengyuan A. Yang, C. Zhang, Zhongshui Ma, L. K. Ang: Valleytronics in merging Dirac cones: All-electric-controlled valley filter, valve, and universal reversible logic gate. In: Physical Review B. Band 96, Nr. 24, 13. Dezember 2017, S. 245410, doi:10.1103/PhysRevB.96.245410 (aps.org [abgerufen am 6. Mai 2021]).
  9. ↑ Fabio Bussolotti, Hiroyo Kawai, Zi En Ooi, Vijila Chellappan, Dickson Thian: Roadmap on finding chiral valleys: screening 2D materials for valleytronics. In: Nano Futures. Band 2, Nr. 3, 22. Juni 2018, ISSN 2399-1984, S. 032001, doi:10.1088/2399-1984/aac9d7 (iop.org [abgerufen am 6. Mai 2021]).
  10. ↑ Jan Isberg, Markus Gabrysch, Johan Hammersberg, Saman Majdi, Kiran Kumar Kovi: Generation, transport and detection of valley-polarized electrons in diamond. In: Nature Materials. Band 12, Nr. 8, August 2013, ISSN 1476-4660, S. 760–764, doi:10.1038/nmat3694 (nature.com [abgerufen am 6. Mai 2021]).
  11. ↑ K. Takashina, Y. Ono, A. Fujiwara, Y. Takahashi, Y. Hirayama: Valley Polarization in Si(100) at Zero Magnetic Field. In: Physical Review Letters. Band 96, Nr. 23, 12. Juni 2006, S. 236801, doi:10.1103/PhysRevLett.96.236801 (aps.org [abgerufen am 6. Mai 2021]).
  12. ↑ C. H. Yang, A. Rossi, R. Ruskov, N. S. Lai, F. A. Mohiyaddin: Spin-valley lifetimes in a silicon quantum dot with tunable valley splitting. In: Nature Communications. Band 4, 2013, ISSN 2041-1723, S. 2069, doi:10.1038/ncomms3069, PMID 23804134.
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