Elektronen samen op reis (afb: Yun-Yi Pai)

Het lijkt er op alsof elektronen ook gezamenlijk op kunnen trekken. Onderzoekers van de universiteit van Pittsburgh denken een nieuwe elektronentoestand, nieuwe deeltjes te hebben ontdekt. Normaal gesproken stoten elektronen elkaar af.

Jeremy Levy, Patrick Irvin en medeonderzoekers deden metingen aan eendimensionale (lineaire) geleidingsystemen in het vrij exotische materiaal lanthaanaluminaat/strontiumtitanaat. Daarbij zagen ze dat elektronen soms met zijn tweeën of meer samen reisden in plaats van, zoals je zou verwachten, in hun eentje. Levy: “Normaal verspreiden elektronen zich in metalen of halfgeleiders of in een richting als je een spanning aanbrengt. In zogeheten ballistische geleiders (dat ‘rare’ materiaal; as) bewegen ze zich als auto’s op een snelweg. Het voordeel daarvan is dat ze geen warmte afgeven en dat ze zo anders gebruikt kunnen worden dan in de gewone elektronica. Onderzoekers voor ons hebben die ballistische geleiders gemaakt.”
“Onze ontdekking laat zien dat elektronen elkaar kunnen aantrekken. Ze vormen paren, drietallen, viertallen enzovoort. Die gedragen zich als een nieuw type deeltjes, nieuwe vormen van elektronisch materiaal.” Levy vergelijkt het met quarks, de elementaire (?) deeltjes waaruit neutronen en protonen in de atoomkernen bestaan. Een belangrijke aanwijzing voor het ontdekken van de nieuwe materie was het inzicht dat deze ballistische geleiders overeenkwamen met een reeks binnen de driehoek van Pascal.
“Als je in een driehoek van Pascal in verschillende richtingen kijkt dan zie je verschillende cijferreeksen en een daarvan is 1, 3, 6, 10, 15, 21. Die reeks zagen we ook in onze meetgegevens. Dat gaf ons een aanwijzing wat er aan de hand was. Dat kostte onze enige tijd omdat we aanvankelijk niet door hadden dat we naar deeltjes keken die uit een, twee, drie of meer elektronen bestonden. Als je dat combineert kom je aan de reeks 1, 3, 6, 10.” Ja en?, denk ik dan.

Kwantumverstrengeling

Levy, die ook directeur is van het kwantuminstituut in Pittsburgh, stelt dat de nieuwe deeltjes eigenschappen hebben die ‘verwant’ zijn aan kwantumverstrengeling. Dat is natuurlijk een populair thema nu er op allerlei fronten wordt gewerkt aan kwantumcomputers. Levy wordt er opgewonden van. “Dit is een ontwikkeling in de tweede kwantumrevolutie. De eerste was toen onderzoekers ontdekten dat de wereld om ons heen wordt geregeerd door de wetten van de kwantummechanica. Die ontdekking deed ons het periodiek systeem begrijpen, hoe materialen zich gedragen en hielp bij de ontwikkeling van transistoren, computers, mri-scanners en informatietechnologie.”

“Nu in de 21ste eeuw kijken we naar die vreemde voorspellingen van de kwantummechanica, draaien ze om en gebruiken ze. Als je aan toepassingen denkt dan denk ik aan kwantumrekenen, kwantumteleportatie (via verstrengeling; as), kwantumcommunicatie en kwantumsensoriek, ideeën die de kwantumaard van materie gebruiken die we eerder niet kenden.” Dat zal allemaal best en klinkt ook heel algemeen, maar, eenvoudige van geest, zie niet zo gauw hoe ik daarbij wat aan samenscholende elektronen hebt…

Bron: EurekAlert