17 feb. 1999
2 minuten
Wetenschappers hebben een kunstmatig materiaal gebouwd dat kwantumgedrag op kleine schaal nabootst. Daarmee ligt er een basis voor nieuwe inzichten en mogelijke toepassingen, bijvoorbeeld supergeleiding op kamertemperatuur. Het werk is gepubliceerd in Nature.
Kwantumgedrag speelt een cruciale rol in materiaaleigenschappen als supergeleiding en magnetisme. Tot nu toe was het onmogelijk om het gedrag van dit soort materialen op kleine schaal te begrijpen, omdat het gedrag van elektronen niet nauwkeuring te berekenen viel. Zelfs niet voor een handvol elektronen met krachtige supercomputers.
Wetenschappers van QuTech , het Kavli Instituut voor Nanowetenschappen in Delft, TNO , de ETH Zurich en de University of Maryland , combineren nu de kracht van de halfgeleiderindustrie met hun kennis van kwantumtechnologie om het gedrag van elektronen in materialen niet uit te rekenen maar na te bootsen in kwantumsimulaties.
Professor Vandersypen van de TU Delft: "Ik hoop dat we op deze manier in de nabije toekomst zoveel leren over materialen dat we belangrijke deuren openen op technologisch vlak, zoals het ontwerpen van supergeleiders op kamertemperatuur, bijvoorbeeld voor verliesvrij energietransport over grote afstanden."
kwantum gereedschap
Het is al langer bekend dat individuele elektronen gevangen op een chip, zogeheten kwantumdots, in principe geschikt zijn om het gedrag en de interacties van elektronen in materialen te onderzoeken. De elektronen kunnen gecontroleerd tussen de kwantumdots verplaatsen of ‘tunnelen’, terwijl ze interacties aangaan onder invloed van elkaars negatieve lading. Door imperfecties in de kwantumchips en inefficiënte methodes voor het controleren van de elektronen, lukte het tot nog toe echter niet om de onderliggende fysica zichtbaar te maken.
De wetenschappers hebben nu een methode gedemonstreerd die wel efficiënt is en kan worden opgeschaald naar grotere aantallen kwantum dots. Ze kunnen het aantal elektronen in elke kwantum dot instellen tussen nul en vier en de kans op tunnelen tussen buur-dots van bijna nul tot de limiet dat buur-dots in feite één grote dot vormen. "Met behulp van elektrische spanningen vervormen we het (potentiaal)landschap dat de elektronen voelen", legt promovendus Toivo Hensgens uit. "Dat voltage is bepalend voor het aantal elektronen in de dots en de relatieve interacties ertussen."
Het QuTech-team heeft in een kwantumchip met drie kwantumdots laten zien dat het een aantal processen in materialen experimenteel kan simuleren. Maar het belangrijkste resultaat is de gedemonstreerde methode: "We kunnen nu gemakkelijk meer kwantumdots met elektronen toevoegen en het potentiaal-landschap zó controleren dat we uiteindelijk echt grote en interessante kwantumprocessen kunnen simuleren", aldus Hensgens.
Het team wil nu zo snel mogelijk naar meer kwantumdots. Hiervoor heeft het een nauwe samenwerking opgezet met Intel . Vandersypen: "De kennis en kunde die zij leveren op het gebied van halfgeleider-fabricage, gecombineerd met ons diepe begrip van kwantumcontrole, biedt mogelijkheden waar we nu echt de vruchten van gaan plukken."
Anderen lazen ook
