Aktuelle Veröffentlichung: Onset of Spin Entanglement in Doped Carbon Nanotubes Studied by EPR

In dieser aktuellen Veröffentlichung untersuchen wir gemeinsam mit den Arbeitsgruppen von Prof. Dyakonov (Experimentalphysik VI) und Prof. Mitric (Theoretische Chemie), wie einzelne Spins in dotierten Kohlenstoffnanoröhren miteinander wechselwirken. Quantitative EPR-Messungen zeigen, dass bei niedriger Dotierung jede Überschussladung einen ungepaarten Spins zum EPR-Signal beisteuert und vergleichbar zu den Spins räumlich getrennter Radikale als unabhängig betrachtet werden können. Bei höheren Dotierungen und entsprechend verkürzten Spin-Spin-Abständen nimmt das EPR-Spinsignal jedoch wieder ab, was auf Spinpaarung bzw. Verschränkung der Spinorbitale zurückgeführt werden kann.

Die Stärke der Spin-Spin-Wechselwirkung konnte durch CI-Rechnungen modelliert werden, wobei die Beiträge des orbitalen Überlapps sowie Austausch- und Korrelationseffekte als Funktion des Spin-Spin-Abstandes quantifiziert wurden. Erstaunlicherweise beginnen Spins in den von uns untersuchten Nanorohrproben bei tiefen Temperaturen bereits in einem Abstand von 14 nm so stark zu wechselwirken, dass sie als verschränkt angesehen werden müssen.

Damit tragen diese Untersuchungen zu einem besseren Verständnis von Spin-Spin-Wechselwirkungen in niederdimensionalen Halbleitern bei. Dies könnte für die Weiterentwicklung von Zukunftstechnologien auf der Basis der Spin-Eigenschaften neuartiger Materialien von Bedeutung sein.