Laserexperiment onthult onverwacht gedrag van quantum-materiaal - en dat kan belangrijk worden voor chips

In dit artikel:

Onderzoekers van onder meer MIT, Stanford, Harvard en ETH Zürich hebben in het quantum-materiaal erbiumtritelluride (ErTe₃) voor het eerst realtime gevolgd hoe twee concurrerende elektronische toestanden zich opnieuw vormen. Hun studie is gepubliceerd in Nature Physics.

In ErTe₃ organiseren elektronen zich bij lage temperaturen in ladingsdichtheidsgolven (CDW’s): periodieke patronen waarin de elektronen niet gelijkmatig verdeeld zijn. Onder ongeveer -8 °C ontstaat een dominante CDW. Bij verdere afkoeling tot circa -113 °C komt daar een tweede patroon bij, loodrecht op het eerste, waardoor een microscopisch schaakbord ontstaat. De onderzoekers koelden het materiaal voor hun experiment tot ongeveer -230 °C.

Met een pomp-proefopstelling verstoorden ze de elektronische ordening met een ultrakorte laserpuls en maten ze met een tweede puls hoe die terugkeerde. De eerste CDW herstelde zich geleidelijk en vrijwel overal tegelijk, passend bij een klassieke continue faseovergang. De tweede ontstond daarentegen eerst in kleine, afzonderlijke gebiedjes, die vervolgens uitgroeiden. Dat wijst op nucleatie en groei, vergelijkbaar met ijskristallen die ontstaan wanneer water bevriest.

De resultaten geven inzicht in de manier waarop verschillende quantumfasen elkaar beïnvloeden. Dat is relevant voor complexere materialen, zoals hoge-temperatuursupergeleiders, waarin supergeleiding, magnetisme en ladingsgolven kunnen samengaan. Op langere termijn kan deze kennis bijdragen aan nieuwe elektronische componenten en quantumtechnologie, al levert het experiment zelf nog geen nieuwe chip of quantumcomputer op.