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Der Kondo-Effekt in Quantendots bei hohen Magnetfeldern
(2001) Keller, Matthias; Klitzing, Klaus von (Prof. Dr.)
In dieser Arbeit wurde der Elektronentransport durch einzelne Quantendotsysteme, bei tiefen Temperaturen (0,1 Kelvin) und hohen Magnetfeldern (mehrere Tesla) untersucht. Ein Quantendotsystem besteht aus einer einzelnen Elektroneninsel ('Quantendot') mit diskretem elektronischen Anregungsspektrum, die schwach über Tunnelbarrieren an zwei Zuleitungen angekoppelt ist. Solche Systeme wurden mittels Elektronenstrahllithographie und reaktivem Ionenätzen in einer modulations-dotierten GaAs/AlGaAs-Heterostruktur, die ein zweidimensionales Elektronensystem (2DES) dicht unter der Oberfläche enthält, realisiert. Mit Hilfe von Steuerelektroden lässt sich sowohl die Zahl der Elektronen als auch die Tunnelankopplung des Quantendots an seine Zuleitungen kontrollieren. Das Quantendotsystem erhält sich wie ein Einzelelektronen-Transistor: Es gibt Steuerspannungsbereiche, in denen der Einzelelektronen-Tunnelstrom unterdrückt ist (Coulomb-Blockade-Bereich). Liegt eine gewisser elektronischer Grundzustand des Quantendots im Bereich der Coulomb-Blockade vor, so führt die Tunnelankopplung an die Zuleitungen unterhalb der Kondo-Temperatur zu einem korrelierten Gesamtzustand des Systems. Die Folge ist ein erhöhter Leitwert im Coulomb-Blockade-Bereich - 1988 vorhergesagt und 1998 experimentell nachgewiesen. Der Schwerpunkt dieser Arbeit liegt auf der Untersuchung des Kondo-Effekts in Quantendotsystemen bei hohen Magnetfeldern. Hier zeigt der Leitwert als Funktion der Elektronenzahl auf dem Quantendot und dem Magnetfeld ein schachbrettartiges Muster aus Coulomb-Blockade-Bereichen mit erhöhtem und unterdrücktem Leitwert. Dieses beeindruckende experimentelle Ergebnis wird im Rahmen eines etablierten Quantendotmodells für hohe Magnetfelder und dem Anderson-Störstellen-Modell interpretiert und verstanden. Von Bedeutung für das Auftreten des Kondo-Effekts ist danach die unterschiedliche Tunnelankopplung von Elektronenzuständen des Quantendots an seine Zuleitungen.