Revolutionaire lichttechnologie: nieuwe wegen in materiaalonderzoek ontdekt!

Revolutionaire lichttechnologie: nieuwe wegen in materiaalonderzoek ontdekt!

Een team natuurkundigen van de Universiteit van Konstanz, onder leiding van Davide Bossini, heeft een opmerkelijke methode ontwikkeld die het mogelijk maakt om de eigenschappen van materialen te veranderen met behulp van licht. Deze innovatieve techniek heeft tot doel magnetische toestanden in materialen op te wekken, wat een revolutie teweeg zou kunnen brengen in de overdracht en opslag van informatie bij kamertemperatuur in het terahertz-bereik. Dit kan van cruciaal belang zijn voor de toekomst van datatechnologieën.

Het proces is gebaseerd op algemeen verkrijgbare, natuurlijk gegroeide kristallen, met name hematiet, en vereist geen zeldzame materialen. Dit onderzoek, gepubliceerd in juni 2025, werd gedetailleerd gepresenteerd in het tijdschrift “Science Advances”. Het idee om magnonen, de collectieve spin-excitaties in magnetische materialen, in te zetten als informatiedragers komt tegemoet aan de groeiende vraag naar nieuwe technologieën om grote hoeveelheden data te verwerken.

Technologische innovaties door magnonen

Tot nu toe konden magnonen alleen worden opgewonden in hun laagste frequentietoestanden. Het nieuwe proces maakt echter een nauwkeurige controle van de frequentie, amplitude en levensduur van deze kwantumdeeltjes mogelijk. Dit gebeurt door de directe optische excitatie van magnonparen, wat resulteert in niet-thermische veranderingen in de magnetische eigenschappen van het materiaal. Bossini beschrijft dit fenomeen als een tijdelijke wijziging van het ‘magnetische DNA’ van het materiaal.

Hematiet, het gebruikte materiaal, heeft een interessante historische betekenis omdat het ooit in de zeevaart werd gebruikt voor kompassen. De resultaten van het onderzoek suggereren dat door licht geïnduceerde Bose-Einstein-condensaten van hoogenergetische magnonen mogelijk zijn bij kamertemperatuur. Dit zou onderzoek naar kwantumeffecten mogelijk kunnen maken zonder complexe koeling.

Superstromen bij kamertemperatuur

Een afzonderlijk, maar gerelateerd onderzoek door natuurkundigen onder leiding van professor dr. Burkard Hillebrands aan de Technische Universiteit van Kaiserslautern heeft onlangs een doorbraak bereikt. Ze waren voor het eerst in staat een superstroom van magnonen bij kamertemperatuur te detecteren. Theoretisch natuurkundigen uit Israël en Oekraïne waren ook bij dit onderzoek betrokken. Deze bevindingen zouden de efficiëntie van toekomstige gegevensverwerking aanzienlijk kunnen vergroten.

Deze nieuwe supergeleiders vertonen kwantumverschijnselen die normaal gesproken alleen optreden bij temperaturen onder het vriespunt. Hillebrands benadrukt de belangrijke rol van macroscopische kwantumtoestanden in toekomstige technologie, terwijl onderzoekers Bose-Einstein-condensaten gebruiken om de wetten van de kwantumwereld met betrekking tot superstromen te onderzoeken.

Als kwantumdeeltjes van spingolven in magnetische materialen zijn magnonen gemakkelijk te creëren, aan te passen en te detecteren, terwijl ze ook weinig energie verbruiken. Deze vooruitgang opent nieuwe toepassingen in fundamenteel onderzoek en zou een alternatief kunnen vormen voor conventionele halfgeleidertechnologieën.

Kwantumfysica en nieuwe materialen

Bovendien heeft een internationaal onderzoeksteam, waaronder de Universiteit van Würzburg, een speciale vorm van supergeleiding ontwikkeld die de ontwikkeling van kwantumcomputers mogelijk zou kunnen bevorderen. Supergeleiders staan ​​erom bekend elektriciteit zonder weerstand te geleiden, waardoor ze ideale kandidaten zijn voor elektronische componenten in hoogtechnologische apparaten.

De onderzoeksgroep construeerde een hybride component bestaande uit een stabiele supergeleider en een topologische isolator. Deze combinatie maakt het mogelijk dat supergeleidende eigenschappen nauwkeurig worden gecontroleerd door externe magnetische velden, wat leidt tot een exotische toestand waarin supergeleiding en magnetisme naast elkaar bestaan. Dit nieuwe ontwerp zou kwantumbits kunnen stabiliseren en veelbelovende perspectieven bieden voor toekomstige kwantumcomputers.

De ontdekkingen in de kwantumfysica en nieuwe materialen van de verschillende onderzoeksgroepen laten zien dat de wetenschap op een keerpunt staat. De bevindingen over magnonen en supergeleiders bieden niet alleen inzicht in de fundamentele natuurkunde, maar ook praktische toepassingen die de manier waarop gegevens in de toekomst worden verwerkt kunnen veranderen.

Dit belangrijke onderzoek maakt deel uit van grotere projecten die worden ondersteund door verschillende instellingen en financieringsprogramma's, zoals het Cluster of Excellence ct.qmat van de Universiteit van Würzburg en de German Research Foundation (DFG). Samenwerking tussen internationale onderzoekers zou de weg kunnen vrijmaken voor innovatieve technologieën op het gebied van dataverwerking en quantum computing. Verdere details over dit werk zijn te vinden in de originele publicaties van de relevante onderzoeksteams.

Voor meer informatie lees de rapporten van Universiteit van Konstanz, Chemie.de En Universiteit van Würzburg.