17 feb. 1999
2 minuten
Een onderzoeksteam van de TU Dortmund heeft , in samenwerking met universitaire partners in Rostock, Aarhus en Harvard, buitengewoon sterke interacties tussen Rydberg excitonen in koperoxide bestudeerd. Daarbij heeft de groep een blokkade-effect ontdekt tussen excitonen, die met een grootte van enkele micrometers reuzen lijken in het kwantummechanische systeem. De mogelijkheid om dergelijke effecten te beheersen is van groot belang voor optische circuits en de verwerking van quantuminformatie.
De resultaten zijn gepubliceerd in het tijdschrift Nature Communications.
Excitonen zijn waterstofachtige gebonden toestanden die bestaan uit negatief geladen elektronen en zogenaamde "gaten" – positief geladen elektronenleemtes – in een halfgeleider. Zij spelen een rol op uiteenlopende gebieden als organische zonnecellen, fotosynthese en halfgeleiderlasers. Excitonen zijn analoog aan waterstof in die zin dat ook zij aangeslagen toestanden bezitten. Excitonen in hoge aangeslagen toestanden, de Rydberg-excitonen, vertonen verbazingwekkende eigenschappen die sterker zijn naarmate het quantumgetal van de aangeslagen toestand hoger is: zo is het volume van een exciton in de twintigste aangeslagen toestand al 64 miljoen keer zo groot als in zijn grondtoestand, terwijl de polariseerbaarheid – dat wil zeggen de gevoeligheid voor externe elektrische velden – 1,2 miljard keer zo groot is. Deze eigenschappen maken Rydberg-excitonen zeer interessant voor precisiesensortechnologie.
Onderzoek met op maat gemaakte laserbundels
Dr. Julian Heckötter onderzocht de interacties tussen een aantal van dergelijke Rydberg-excitonen in verschillende aangeslagen toestanden als onderdeel van zijn promotieonderzoek, waarvoor hij de Else Heraeus Dissertation Prize van de afdeling Natuurkunde van Dortmund kreeg. Om dit te bereiken heeft hij twee laserbundels zo toegesneden dat elke bundel één strikt gedefinieerde Rydberg-exciton toestand genereert, waardoor hij precieze metingen kon verrichten voor de interacties tussen de twee toestanden. Hier kon hij een complex blokkade-effect aantonen. "We stelden vast dat zich rond elk exciton een bol vormt waarbinnen geen bijkomende excitonen kunnen worden gegenereerd," zegt Dr. Marc Aßmann. "De excitonen moeten een bepaalde minimumafstand houden, die kan oplopen tot enkele micrometers."
Er bleek ook een systematische asymmetrie te bestaan, die afhangt van het feit of de effecten worden onderzocht op een groter of een kleiner exciton. Theoretisch natuurkundigen Dr. Valentin Walther van Harvard, Prof. Thomas Pohl van Aarhus, en Prof. Stefan Scheel van Rostock waren in staat dit verschijnsel op te helderen. Gedetailleerde computersimulaties toonden aan dat de oorzaak ligt in Van der Waals interacties. Dit zijn dezelfde krachten die gekko’s het vermogen geven om langs muren en plafonds te lopen.
Anderen lazen ook
