Suche
Mein Konto
Doorbraak in kwantumonderzoek: lichtgevende quasideeltjes ontdekt!
Onderzoekers van de Universiteit van Würzburg ontdekken nieuwe quasideeltjes in kwantummaterialen die cruciaal kunnen zijn voor toekomstige technologieën.
Doorbraak in kwantumonderzoek: lichtgevende quasideeltjes ontdekt!
Wetenschappers van de Würzburg-Dresden Cluster of Excellence ct.qmat hebben aanzienlijke vooruitgang geboekt in het kwantumonderzoek. Ze hebben voor het eerst optische quasideeltjes, bekend als excitonen, gedetecteerd op het oppervlak van een antiferromagnetisch kwantummateriaal. Deze ontdekking vertegenwoordigt een belangrijke stap in de ontwikkeling van nieuwe kwantumtechnologieën en werd gepubliceerd in het gerenommeerde wetenschappelijke tijdschrift Natuurlijke materialen gepubliceerd.
Het onderzoeksteam, onder leiding van Alexey Chernikov, onderzocht de beweging van excitonen met behulp van ultrasnelle microscopie bij ultralage temperaturen. De specifieke chemische structuur van de halfgeleidermagneet chroomsulfidebromide (CrSBr) blijkt bijzonder geschikt omdat deze magnetische ordening combineert met halfgeleidende eigenschappen. In tegenstelling tot eerdere studies, waarin excitonen vooral voorkomen in niet-magnetische materialen, worden hier compleet nieuwe perspectieven geboden.
Excitonen: lichte opslag- en informatiedragers
Excitonen ontstaan wanneer een lichtpuls een elektron exciteert, waardoor een positief geladen ‘gat’ achterblijft. Deze quasideeltjes kunnen lichtenergie opslaan en door het materiaal bewegen, waarbij energie vrijkomt in de vorm van licht wanneer ze oplossen. In atomair dunne lagen wordt hun stabiliteit gehandhaafd van ongeveer -268°C tot kamertemperatuur. Op het oppervlak van CrSBr reflecteren de excitonen licht in een andere kleur, waardoor ze kunnen worden geanalyseerd en gemanipuleerd door magnetische velden.
Bovendien ontdekte het team mobiele excitonen die in tegengestelde richtingen bewegen, gedrag dat consistent is met het theoretische werk van Mikhail M. Glazov. Dit fenomeen is puur kwantummechanisch en zou verreikende toepassingen kunnen hebben op gebieden als nieuwe laserbronnen, lichtsensoren en zonnecellen.
Internationale samenwerking en toekomstperspectieven
Het onderzoeksproject is het resultaat van een internationale samenwerking met wetenschappers uit de VS, Duitsland, Groot-Brittannië, Nederland en Tsjechië. De Cluster of Excellence ct.qmat, die sinds 2019 wordt ondersteund door de Julius Maximilian Universiteit van Würzburg en de TU Dresden, omvat ruim 300 onderzoekers uit meer dan 30 landen die werken aan onderzoek naar topologische kwantummaterialen onder extreme omstandigheden.
Een andere belangrijke ontdekking binnen de Cluster of Excellence is dat voor het eerst excitonen werden gegenereerd in een topologische isolator, wat een nieuwe doorbraak betekent. Deze bevinding opent nieuwe mogelijkheden voor de ontwikkeling van lichtgestuurde computerchips en kwantumprocessors. Het samenspel tussen licht en excitonen wordt gebruikt om qubits te creëren, de basisrekeneenheden voor kwantumcomputers.
In de toekomst zouden de bevindingen uit deze onderzoeken kunnen leiden tot revolutionaire ontwikkelingen op het gebied van kwantumcommunicatie en computergebruik. De Cluster of Excellence ontvangt financiering als onderdeel van de excellentiestrategie van de federale en deelstaatregeringen.