Let op: EMBARGO tot 6 april 19.00 uur.
6 april 2009
Regelbare dubbele quantum dots en Klein tunneling in nanobuisjes
Onderzoekers van het Kavli Institute of NanoScience in Delft zijn er voor het eerst in geslaagd om één enkel elektron te vangen in een goed regelbare koolstof nanobuis dubbele quantum dot. Dit kon dankzij een nieuwe manier om ultraschone nanobuisjes te maken. Het team van onderzoekers, onder leiding van Spinozawinnaar Leo Kouwenhoven, ontdekte bovendien een nieuw soort tunneling waardoor elektronen dwars door obstakels heen kunnen vliegen. De resultaten van het onderzoek worden op 6 april gepubliceerd door Nature Nanotechnology.
Een quantum dot kan worden beschouwd als een klein 'doosje' gevuld met een regelbaar aantal elektronen. Dit doosje is gekoppeld aan één of meer 'gate' elektroden waarmee het elektronenaantal op de dot gevarieerd kan worden. De onderzoekers ontwikkelden een nieuwe technologie om heel erg schone nanobuis quantum dots te maken. Dit maakt het mogelijk om in een nanobuisje één enkele elektron te vangen. Bovendien konden de onderzoekers nu voor het eerst een goed controleerbare enkele elektron dubbele dot maken.
Quantum dots sturen
Eén van de toekomstdromen binnen de quantummechanica is het bouwen van een superkrachtige quantumcomputer. Om dit te kunnen doen is het noodzakelijk om de elektronspin van de quantum dots te kunnen manipuleren. Zo kan informatie worden opgeslagen en weer uitgelezen. Tot nu was het echter onmogelijk om dubbele quantum dots in nanobuisjes, twee aan elkaar gekoppelde quantum dots, die alleen een enkele elektron vangen, nauwkeurig te controleren.
De onderzoekers gebruikten silicium elektrodes die dicht bij het ultra-schone nanobuisje liggen om zo het elektronenaantal van de quantum dot nauwkeurig af te kunnen stemmen. De onderzoekers gebruikten in hun onderzoek drie elektrodes, maar er kunnen zelfs meer elektroden ingebouwd worden. Het ultraschone zorgt buisje er voor dat er geen verstoring optreedt bij de manipulatie van de elektronen.
Tunneling
De onderzoekers ontdekten tijdens het bestuderen van de dubbele quantum dot een nieuwe manier van tunneling, die gelijk is aan tunneling volgens de Klein-paradox. Tunneling is een effect waarbij snel bewegende elektronen dwars door obstakels heen kunnen vliegen. Het deeltje gaat dan dwars door een barrière heen, terwijl het niet voldoende energie heeft om over de barrière heen te gaan. Normaalgesproken vindt er geen tunneling meer plaats zodra de barrière te groot wordt. De beroemde Klein-paradox voorspelt dat als de barrière nog groter wordt, tunneling weer plaats kan vinden door de invloed van relativistische kwantummechanica.
In het geval van 'normale' tunneling kunnen elektronen alleen van de éne quantum dot naar de andere quantum dot door de tunnelkoppeling van de golffuncties aan weerszijden van de energiebarrière binnen de dubbele quantum dot. De onderzoekers gebruikten de silicium stuurelektrodes om de barrière te manipuleren en zagen zo tunneling plaatsvinden terwijl de barrière groter werd. Deze manier van tunneling benadrukt de nauwe relatie tussen de fysica van halfgeleiders, zoals die in het onderzoek, en de hoge energie fysica.
Het onderzoek vond plaats aan het Kavli Instituut voor Nanoscience van de Technische Universiteit Delft. Eerste auteur van het artikel in Nature Nanotechnology is Gary Steele. Gary Steele, Georg Götz en Leo Kouwenhoven voerden het onderzoek uit met subsidie van de Stichting voor Fundamenteel Onderzoek der Materie (FOM) en NWO. Leo Kouwenhoven ontving in 2007 de Spinozapremie van NWO.
Naturepublicatie
Tunable few-electron double quantum dots and Klein tunnelling in ultra-clean carbon nanotubes. G.A. Steele, G. Götz en L.P. Kouwenhoven.
De nanobuis loopt over de drie stuurelektroden. Afbeelding in hoge resolutie is beschikbaar bij G. Steele.
---
Meer informatie:
- Gary Steele (TU Delft)
-
Het artikel verschijnt op 6 april om 19.00 uur als Advance Online Publication op de website van Nature Nanotechnology.
09-13
---
Perslijst:
Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek (NWO) Afdeling Voorlichting en Communicatie
Postbus 93138
2509 AC Den Haag
Persvoorlichters: