Grundlage für Sensoren und Quantencomputer

Kleinster Schwingungssensor der Quantenwelt eröffnet neuartige Technologien

06.02.13 | Redakteur: Hendrik Härter

Der Spin des Moleküls (orange) klappt um und verformt das Nanoröhrchen (schwarz), das zwischen zwei Elektroden (gold) aufgespannt ist
Der Spin des Moleküls (orange) klappt um und verformt das Nanoröhrchen (schwarz), das zwischen zwei Elektroden (gold) aufgespannt ist (C.Gruppe /KIT)

Neuer Vorstoß für Quantencomputer? Der magnetische Spin eines Kohlenstoffnanoröhrchens lässt sich ändern und als ein Quantenbit einsetzen.

Kohlenstoffnanoröhrchen und magnetische Moleküle gelten als Bausteine für zukünftige nanoelektrische Systeme. Dabei spielen sowohl ihre elektrischen als auch ihre mechanischen Eigenschaften eine Rolle. Forscher des Karlsruher Instituts für Technologie und französische Kollegen aus Grenoble und Strasbourg zeigen, wie sich die beiden Bausteine auf atomarer Ebene zusammensetzen lassen und ein quantenmechanisches System mit neuartigen Eigenschaften bilden.

Grundlage des Experimentes ist ein Kohlenstoffnanoröhrchen, das zwischen zwei Metallelektroden etwa einen Mikrometer breit aufgespannt war und mechanisch schwingen kann. An diesem Nanoröhrchen wurde ein organisches Molekül angebracht, das dank eingebauten Metallatoms ein magnetisches Moment trug, welches sich in einem äußeren Magnetfeld ausrichten ließ.

Schwingung des Röhrchens direkt beeinflusst

Die Schwingungen des Röhrchens lassen sich direkt beeinflussen, wenn der Spin sich parallel oder antiparallel zum Magnetfeld einstellt. Wird das Spin umgeklappt entsteht ein Rückstoß, der an das Kohlenstoffnanoröhrchen weitergegeben wird und dieses in Schwingung versetzt. Dabei ändern sich sich die Abstände der Atome des Röhrchens und somit direkt seine Leitfähigkeit, die als Maß für Bewegung herangezogen wurde.

Die starke Wechselwirkung zwischen einem magnetischen Spin und einer mechanischen Schwingung eröffnet neben der Bestimmung der Bewegungszustände des Kohlenstoffnanoröhrchens - einige interessante Anwendungsfelder. So ließen sich die Massen von einzelnen Molekülen bestimmen oder magnetische Kräfte im Nanobereich messen. Auch der Einsatz als Quantenbit in einem Quantencomputer wäre denkbar. Die Verbindung von Spin, Schwingung und Rotation auf der Nanoebene den Weg zu Anwendungen öffnen, die kein klassisches Vorbild haben und wirklich neuartige Technologie darstellen.

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