Een team van natuurkundigen rond dr. Sandro Wimberger van de Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg heeft in een studie voor het transport van atomen in ultra koude gassen een nieuwe aanpak ontwikkeld voor de vraag, hoe het mogelijk wordt om stroom te transporteren op atomaire basis. Dit zou voor de productie van logische bouwstenen met vast gedefinieerde functies op basis van aparte atomen zeer belangrijk kunnen zijn en de voorbeelden van een toepassing kunnen vinden in transistoren of dioden.
De aan de universiteit van Heidelberg uitgevoerde onderzoeken liggen in het gebied van de atomtronics. Het gaat hierbij om het fundamentele begrip van quantum-mechanische effecten in vergelijking tot de klassieke elektronica.
Voor toepassing in halfgeleiders
Natuurkundigen uit Heidelberg ontwikkelen nieuwe aanpak van componenten voor signaal verwerking uit aparte atomen. Een team van natuurkundigen rond dr. Sandro Wimberger heeft in een studie voor het transport van atomen in ultra koude gassen een nieuwe aanpak ontwikkeld voor de vraag, hoe het mogelijk wordt om stroom te transporteren op atomaire basis. Dit zou voor de productie van logische bouwstenen met vast gedefinieerde functies op basis van aparte atomen zeer belangrijk kunnen zijn en de voorbeelden van een toepassing kunnen vinden in transistoren of dioden.
De aan de universiteit van Heidelberg uitgevoerde onderzoeken liggen in het gebied van de atomtronics. Het gaat hierbij om het fundamentele begrip van quantum-mechanische effecten in vergelijking tot de klassieke elektronica.
Nieuwe experimentele mogelijkheden om ultra koude atomaire gassen gericht te kunnen beheersen maken de Bottom-Up-productie en het onderzoek van logische bouwstenen mogelijk. De werkgroep van dr. Wimberger houdt zich bezig met het transport van aparte atomen door een keten van zogenaamde potentiaal pieken. “In een andere orde van grootte kunnen we ons een leeg eierkarton voorstellen, waarin de eieren door elke verdieping heen van de ene naar de andere kant van de eigen doos hoppen”, aldus de fysicus uit Heidelberg.
Atomen gedragen zich coherent
De atomen gedragen zich bij deze onderzoeken coherent, wat betekent dat ze zich in een dynamische verloop van de transport volgens de gemeenschappelijke vaste regel bewegen. In dit geval is hun gedrag compleet quantum- mechanisch door de hele keten van potentiaal pieken. Tegelijkertijd is er een wisselwerking tussen de verschillende atomen onderling, wat transport van de ene naar de volgende piek kan beïnvloeden.
Analoog aan het verplaatsen van elektronen in een vast lichaam, waarop een elektrische spanning is aangelegd, werken de wetenschappers uit Heidelberg met bosonische atomen uit een groot deeltjesreservoir, dat gekoppeld is aan een rooster van potentiaal pieken. Aparte bosonen stromen daaruit via de roosterketen naar een kleiner reservoir van deeltjes, waarbij stroom wordt opgewekt.
“Deze stroom is afhankelijk van de eigenschappen van de deeltjes reservoirs, maar vooral van de wisselwerkingen tussen de atomen”, zegt Anton Ivanov, de eerste auteur van de studie en voormalig medewerker van de werkgroep van dr. Wimberger.
In het geval van een zwakke wisselwerking is de vloeiende stroom, volgens opgaven van de wetenschappers, direct proportioneel aan het verschil van de deeltjesaantallen in de beide reservoirs: hij stijgt dus met het verschil in deeltjes aantallen, wat overeenkomt met de elektrische spanning in een stroomkring, lineair. Bij een sterke wisselwerking verstrooiende atomen onder elkaar en blokkeren de vloeiende stroom, tot dat deze totaal tot stilstand komt.
In hun onderzoek gebruiken de wetenschappers uit Heidelberg een analytische aanpak, die grotendeels wordt bevestigd door numerieke berekeningen. De resultaten van hun onderzoeken worden gepubliceerd in het vaktijdschrift ‘European Physical Journal’.
