EO

Utrechtse natuurkundigen bouwen fractalvorm van elektronen

14 november 2018 om 11:41 uur

Het is bekend dat elektronen zich heel anders gedragen in drie dimensies (kubus), twee dimensies (vlak) of één dimensie (draad). Die gedragingen creëren verschillende mogelijkheden voor technologische toepassingen en elektronische systemen. Maar wat gebeurt er als elektronen in 1,58 dimensies leven? En wat betekent dat eigenlijk, leven in 1,58 dimensies?


Theoretische en experimentele natuurkundigen van de Universiteit Utrecht hebben dat onderzocht, en publiceren hun resultaten op 12 november in Nature Physics.


Het is misschien moeilijk om je 1,58 dimensies voor te stellen, maar het idee ligt eigenlijk dichterbij dan je op het eerste gezicht denkt. Niet-gehele dimensies, zoals 1,58, vind je in fractals, zoals je longen. Een fractal is een bijzonder soort structuur: als je inzoomt, zie je dezelfde structuur opnieuw. Een klein stukje Romanesco-broccoli ziet er bijvoorbeeld net zo uit als de hele stronk broccoli. In elektronica worden fractals veel gebruikt in antennes, omdat ze signalen in een groot frequentiebereik kunnen verzenden en ontvangen.

 

Elektronische fractals op nanoschaal

Een relatief nieuwe onderzoeksrichting op het gebied van fractals is het kwantumgedrag dat optreedt als je helemaal inzoomt tot op de schaal van elektronen. Met behulp van een kwantumsimulator slaagden de Utrechtse natuurkundigen Sander Kempkes en Marlou Slot erin om zo'n fractal van elektronen te bouwen. De onderzoekers maakten een Sierpiński-driehoek door koolmonoxidemoleculen in de juiste vorm op een koperen achtergrond te plaatsen met een scanning tunneling-microscoop. De driehoek heeft een fractale dimensie van 1,58. De onderzoekers observeerden dat de elektronen in de driehoek zich daadwerkelijk gedragen alsof ze in 1,58 dimensies leven.

 

Elektronische golffunctie

De resultaten van het onderzoek laten zien hoe bindende en niet-bindende Sierpińksi-driehoeken verschillen in energie, wat kansen oplevert voor het doorgeven van stroom door deze fractale structuren. In de bindende driehoek zijn de elektronen met elkaar verbonden, waardoor ze makkelijk van plek veranderen. In de niet-bindende driehoek zijn de elektronen niet verbonden en kunnen ze alleen een andere plek bereiken door te ‘springen'. Door de dimensie van de elektronische golffunctie te berekenen, konden de onderzoekers waarnemen dat de elektronen zelf beperkt zijn tot deze dimensie en dat de golffuncties deze fractionele dimensie erven.

 

Vervolgonderzoek

"Vanuit theoretisch oogpunt is dit een heel interessant en baanbrekend resultaat", aldus theoretisch natuurkundige Cristiane de Morais Smith, die samen met experimentele natuurkundigen Ingmar Swart en Daniel Vanmaekelbergh het onderzoek begeleidde. "Dit is de start van een hele nieuwe onderzoekslijn, met allerlei nieuwe vragen: wat betekent het eigenlijk voor elektronen om te leven in niet-gehele dimensies? Gedragen ze zich meer zoals in één dimensie of in twee dimensies? En wat gebeurt er als we een magnetisch veld loodrecht op het model zetten? Fractals hebben al heel veel toepassingen, dus deze resultaten kunnen een grote impact hebben op onderzoek op de quantumschaal. Eén ding is zeker: de toekomst van elektronica is fractastisch!"

 

Gerelateerd nieuws

Minder dan een nanometer dik, sterker en veelzijdiger dan staal

Minder dan een nanometer dik, sterker en veelzijdiger dan staal

Wetenschappers zijn erin geslaagd omstabiele nanovellen te produceren met boor- en waterstofatomen. Dit biedt kansen voor de nano-elektronica en kwantuminformatietechnologie.

Hoe een bewegend platform voor 3D-printen afval en kosten kan verminderen

3D-printen kan nu 40 procent sneller en 30 procent goedkoper (video)

Onderzoekers van de USC Viterbi School of Engineering (VS) hebben een goedkoop dynamisch gestuurd oppervlak voor 3D-printers ontwikkeld dat afval vermindert en tijd bespaart.

Structurele batterij

Sprong voorwaarts naar structurele batterij (video)

Onderzoekers van Chalmers University of Technology hebben een structurele batterij geproduceerd die tien keer beter presteert dan voorgaande versies. Koolstofvezel dient tegelijk als elektrode, geleider en dragend…

Webshop

webshop

 

Gratis nieuwsbrief

EOL

 

Focus op

ABB BV
ABB BV

Machineveiligheid, systemen en componenten

Elobau Benelux BV *
Elobau Benelux BV *

creating sustainable solutions

Pilz Nederland
Pilz Nederland

Voor industriële (veilige) automatiseringsoplossingen

Rotero Holland BV
Rotero Holland BV

Stappenmotor - Servomotor - Elektro Magneet

Download gratis engineering boeken

A gratis boeken downloaden

 

Agenda

12 april 2021, online

Hannover Messe

De Hannover Messe is een van de grootste industriebeurzen.

13 april 2021, online

De Makers van Morgen

Over het versnellen van time-to-market en snel doorvoeren van productinnovaties

14 april 2021, online

Thundercomm / Qualcomm Webinar - 5G IoT

Webinar over 5G IoT oplossingen met de Qualcomm Snapdragon architectuur

Meer agendapunten »