Frau Dr. Julia Wiegand aus dem Institut für Festkörperphysik wurde am 8. Januar 2020 in einer feierlichen Veranstaltung im ehemaligen Pferdestall mit dem “Wilhelm und Else Heraeus Young Physicists Award“ ausgezeichnet. Dieser Preis für die beste Promotion wurde von der Fakultät für Mathematik und Physik in diesem Jahr zum ersten Mal vergeben.
Frau Dr. Wiegand hat im Rahmen ihrer Promotion im Laboratorium für Nano- und Quantenengineering Experimente auf dem Gebiet der Spindynamik von einzelnen Ladungsträgern in Halbleiterquantenpunkten durchgeführt. Solch einzeln adressierbare Halbleiterquantenpunkte sind vielversprechende Bausteine für eine zukünftige Quanteninformationstechnologie. Die Quantenpunkte können dabei sowohl als effiziente Einzelphotonenquellen als auch als optisch adressierbare Quantenbits dienen, wobei die Quantenbits idealerweise durch langlebige Spinzustände einzelner Elektronen oder Löcher dargestellt werden. Frau Dr. Julia Wiegand hat im Rahmen ihrer Dissertation mit dem Titel "Nonequilibrium Spin Noise Spectroscopy on Single Quantum Dots" die Spin- und Ladungsträgerdynamik einzelner Ladungsträger in festkörperbasierten Quantenpunkten mit der Methode der Spinrauschspektroskopie untersucht. Ihre weltweit einmaligen optischen Spinrauschmessungen an einer einzelnen, homogen verbreiterten Quantenpunktresonanz stellen die Grundlage dar, um neben der Spindynamik gleichzeitig auch die Dynamik des Besetzungsrauschens bei einzelnen Quantenpunkten quantitativ untersuchen zu können. Dieser Schritt ist besonders wichtig, da perfekte Kristalle aus thermodynamischen Gründen ein nicht zu erreichendes Ideal darstellen, so dass das Wettrennen in der Quantentechnologie zwischen Halbleiter- und Atomphysik maßgeblich durch Kristalldefekte beeinflusst wird. Frau Wiegand konnte durch eine von ihr initiierte Weiterentwicklung der Spinrauschspektroskopie jenseits des thermischen Gleichgewichtes zeigen, dass die bei resonanter optischer Anregung in Quantenpunkten mit direkter Bandlücke üblicherweise vernachlässigte Augerrekombination einen technologisch signifikanten Einfluss auf die Besetzung des optisch getriebenen Quantenpunktes hat und dass ein konkurrierender Einfang eines Auger-generierten freien Loches durch Akzeptoren die Wiederbesetzung eines Quantenpunktes unter bestimmten Bedingungen unerwartet stark verzögert. Die genaue quantitative Dynamik dieser beiden Effekte wurde in enger Zusammenarbeit mit theoretischen Physikern vom Ioffe Institut in Sankt Petersburg untersucht und ist nicht nur im Rahmen der Grundlagenforschung von Interesse. Vielmehr legen die neuen wissenschaftlichen Erkenntnisse eine wichtige Fehlerquelle bei quantenpunktbasierten Einzelphotonenquellen offen und erlauben eine realistischere Einschätzung von festkörperbasierten Spin-Quantenbits.
