Technische Universiteit Delft

TU Delft weet elektronspin te draaien met elektrisch veld

Onderzoekers van het Kavli Institute of Nanoscience van de TU Delft en de Stichting voor Fundamenteel Onderzoek der Materie (FOM) zijn erin geslaagd om louter met behulp van elektrische velden, de draaibeweging (spin) van één enkel elektron te controleren. Hiermee is de weg vrijgemaakt voor een veel eenvoudigere besturing van de bouwstenen van een (toekomstige) supersnelle kwantumcomputer. De wetenschappers publiceren hierover in Science Express van donderdag 1 november.

Het besturen van de draaibeweging (spin) van een elektron is essentieel wanneer deze spin als bouwsteen van een toekomstige kwantumcomputer wordt gebruikt. Een elektron heeft niet alleen lading maar gedraagt zich door de draaibeweging ook als een ultrakleine magneet. In een aangelegd magneetveld kan de spin in dezelfde richting als het veld wijzen of in omgekeerde richting. De wetten van de kwantummechanica laten de spin echter ook toe om in beide toestanden tegelijkertijd te bestaan. De spin van een elektron is daardoor een veelbelovende bouwsteen voor de, nog te ontwikkelen, kwantumcomputer; een computer die in potentie voor bepaalde toepassingen veel krachtiger is dan een conventionele computer.

Het is in eerste instantie verrassend dat de spin draait door een elektrisch veld. Het is echter bekend uit de relativiteitstheorie dat een bewegend elektron een elektrisch veld kan voelen als ware het een magneetveld. Onderzoekers Katja Nowack en dr. Frank Koppens lieten daarom een elektron bewegen door een zeer snel wisselend elektrisch veld. In samenwerking met prof. Yuli V. Nazarov, theoretisch onderzoeker van het Kavli Institute for Nanoscience, bleek dat het hiermee inderdaad mogelijk was om de spin van het elektron te draaien.

Het voordeel van de aansturing van de spin met elektrische velden in vergelijking met magnetische velden is dat ze gemakkelijk zijn op te wekken. Ook is het met elektrische velden gemakkelijker om, in de toekomst, meerdere spins onafhankelijk van elkaar aan te sturen, wat nodig is om een kwantumcomputer te kunnen bouwen. Het team, geleid door dr. Lieven Vandersypen, gaat deze techniek nu toepassen op meerdere elektronen.