Licht gevangen door een elektron op het oppervlak van een nanokorreltje van een topologische isolator verbeeld door een kunstenaar (afb: Voncenzo Gannini)

Ik weet niet wat ik er van moet denken: een elektron waaraan licht is verbonden. Ik kan me wel voorstellen dat daar leuke dingen mee te doen zijn, zoals het koppelen van optische en elektronische toepassingen, maar hoe zit dat nu? Hoe plak je een foton aan een elektron (en blijft daar nog zitten ook)?

Het elektrofoton of fotonelektron heeft eigenschappen van zowel het elektron als van licht. De onderzoekers van het Imperial College in Londen, die het ‘plakexperiment’ uitvoerden, spreken over een nieuwe vorm van licht. Daarmee zouden geïntegreerde schakelingen gemaakt kunnen worden die werken met licht en niet met elektronen. Vervelend is dan natuurlijk dat de nieuwe ‘vorm van licht’ waarschijnlijk net zo ’traag’ is als een elektron. Het voordeel van optronica (optische elektronica) is juist de hoge  snelheid waarmee lichtdeeltjes zich verplaatsen. Een andere toepassing zou zijn om kwantumfenomenen beter te kunnen bestuderen, omdat de kwantumdeeltjes lichtgevend zijn.
In normaal materiaal wisselwerkt licht met de elementaire deeltjes (laten we ze nog maar even zo noemen) zoals elektronen. Licht kan een elektron in een hogere energietoestand brengen, en als een elektron naar een lagere energietoestand vervalt dan ontstaan er fotonen.
Mede met hulp van een nieuw type materialen, zogeheten topologische isolatoren (in dit geval bismuthselenide), zouden zich de twee-eenheden vormen. Licht gaat normaalgesproken in een rechte lijn voort, fotonelektronen volgen het oppervlak van het materiaal. Topologische isolatoren zijn isolatoren in het hart van het materiaal en geleidend aan het oppervlak.
Voor hun onderzoek gebruikten Vincenzo Gannini en zijn medeonderzoekers nanodeeltjes van dat wonderlijke materiaal. Daarbij berekenden ze wat er gebeurde tussen fotonen en elektronen. Daaruit rolde de wonderlijke symbiose van de twee deeltjes.
Het fotonelektron kreeg ook wat lichteigenschappen. Elektronen bewegen zich door een (geleidend) materiaal, tot ze worden tegengehouden door een ‘defect’ in het materiaal. De onderzoekers ontdekten (als ik het goed begrijp gaat het allemaal om berekeningen) echter dat bij nanodeeltjes met onregelmatigheden op het oppervlak de elektronen hun weg vervolgden met behulp van de fotonen. De eigenschap zou gebruikt kunnen worden om beyrouwbaardere elektronische circuits te maken die niet gaan hikken bij hier of daar een onvolmaaktheid in het materiaal. Giannini: ” Dit zal de manier waarop we tegen licht aankijken veranderen. Topologische isolatoren zijn pas een paar jaar geleden ontdekt, maar bieden ons nu al mogelijkheden om nieuwe verschijnselen te bestuderen en nieuwe wegen te onderzoeken in de natuurkunde.”

Bron: Science Daily