Gouddraadjes & quantumgrenzen

Neem nou computers: chips worden kleiner en kleiner en de capaciteit van computers wordt groter en groter. Dit komt voornamelijk doordat wetenschappers de transistors (een soort elektronische schakelaartjes) steeds kleiner weten te maken. Hierdoor passen er steeds meer op een chip en presteren computers steeds beter. Handig! Maar het ziet er naar uit dat we binnenkort tegen een grens aanlopen. Een kwantumgrens.

Gronings onderzoek

Nanotechnoloog en onderzoeker aan de RUG, Eek Huisman, weet er alles van: “Als je die onderdeeltjes klein genoeg maakt, gaan kwantumeffecten een rol spelen.” Het komt erop neer dat elektronen de regels van de kwantummechanica gaan voelen en zich niet meer traditiegetrouw gedragen. In hele dunne draadjes kunnen elektronen alleen nog als een golf in een richting bewegen. De stroom door een draadje gaat lijken op een elektron dat om de kern draait in een atoom. Al jaren maken we dankbaar gebruik van de eigenschappen van elektronen op ‘gewone schaal’, maar nu alles steeds kleiner moet, lopen we tegen het probleem aan dat elektronen niet meer doen wat wij van ze verwachten.

Elektriciteit door atomen

“Onderzoekers proberen nu uit te vinden hoe ze elektronen op nanoschaal onder controle kunnen houden”, aldus Eek. Zelf doet hij onderzoek naar kwantumgeleiding. Een voorbeeld van dit fenomeen vind je in de Science LinX tentoonstelling. Met een proefopstelling die Eek zelf heeft ontworpen (het kwantumgeleidingsapparaat) ontdek je dat er iets merkwaardigs gebeurt wanneer je een elektrische stroom door een gouddraadje van 0.25 nanometer dik (1 goudatoom!) leidt. De geleiding verloopt ineens niet meer in een vloeiende lijn, maar in stapjes. Kwantumstapjes.

Knutselen met atomen

Eek en zijn collega-onderzoekers willen nu weten of deze stapjes te gebruiken zijn voor een computerfunctie. Is het mogelijk in zo'n gouddraadje van 1 atoom dik een schakelaar te bouwen? In het lab proberen Groninger onderzoekers de mogelijkheden uit, bijvoorbeeld door 1 goudatoom te vervangen door een molecuul die onder invloed van licht aan en uit kan worden gezet.

Kan het kleiner?

Indirect is het werk van Eek en zijn collega’s erg nuttig voor de computertechnologie. Met hun bottom-up benadering leveren ze nieuwe inzichten voor de praktijk. Terwijl anderen uitgaan van computerchips en proberen deze op steeds kleinere schaal te laten werken, begint Eek juist op kwantumniveau en zoekt van daaruit naar functionaliteit. Hij glundert: “Als we echt weten wat elektronen kunnen doen op de nanoschaal, ligt de weg open voor kwantuncomputers!”.

Links

Colofon
Met bijzondere dank aan: drs. Eek Huisman, Renee Kist, dr. ir. Caspar van der Wal, Arjan van der Pal, Maarten Inklaar, Gerja Everts, Stijn Goossens en Ymkje Huismans. Neem contact op met iemand van Science LinX indien je hier ook genoemd zou moeten worden.

Auteur
Siëlle Gramser