Nanobuis als quantumdot

Nanobuis als quantumdot

 Onderzoekers van het Kavli institute of Nanoscience zijn er voor het eerst in geslaagd om een enkel elektron te vangen in een goed regelbare koolstof nanobuis. Dit kan dankzij een nieuwe methode om ultraschone nanobuisjes te maken.

Bovendien ontdekte het team met dr. Gary Steele (quantum transport, Technische Natuurwetenschappen) als hoofdauteur een nieuw soort ‘tunneling’ dat tot nu toe alleen uit de theorie bekend was onder de naam ‘Klein-paradox’.

Het actieve deel op het siliciumplaatje meet ongeveer tien bij tien micrometer. In het midden loopt een groef van 300 tot 500 nanometer breed, daaroverheen ligt een nanobuisje, dat aan weerszijden rust op platina elektrodes. Daarnaast is de middenbaan in gebruik als derde elektrode.

Door de spanningen op de elektroden te variëren slaagden de onderzoekers erin om een enkel elektron in de nanobuis te vangen. De nanobuis fungeert als een quantumdot omdat het beschouwd kan worden als een ‘doosje’ waarin een regelbaar aantal elektronen bewaard kan worden. Men heeft hoge verwachtingen van nanobuizen als quantumdots omdat ze de kwestbare elektronspin goed lijken af te schermen van storende omgevingsinvloeden.

De onderzoekers slaagden er zelfs in om met een controleerbaar elektron een dubbele quantumdot te maken.

,Klein-paradox

 Ook doen ze verslag van een bijzonder tunneling-effect. Bij
tunneling komt een elektron in een toestand of op een plaats die
normaal gesproken vanuit zijn energietoestand onbereikbaar zou zijn.
Vergelijk het met een tennisbal die spontaan uit de dakgoot op het gras
valt.

Alsof dat nog niet vreemd genoeg is, stelt de Klein
paradox dat tunneling waarschijnlijker wordt bij zeer hoge
energiebarrières. Toen de onderzoekers met elektroden de barrière
groter maakten, zagen ze tot hun verbazing tunneling toenemen, net als
Klein voorspeld had op basis van relativistische quantumechanica.

G.A.
Steele, G. Gotz, L.P. Kouwenhoven, ‘Tunable few-electron double quantum
dots and Klein tunneling in ultraclean carbon nanotubes’, Nature
Nanotechnology, 6 april 2009.

Interactive and informal meetings with the Rector, Prof. Jacob Fokkema will be held again this academic year. The meetings, which are open to all students, will be held on: Tuesday 23 September, Krakeelhof, Jacoba van Beierenlaan 59; Tuesday 14 October, Oudraadtweg 5; Tuesday 18 November, Marcushof, Roland Holstlaan 652 (evening in English); and Tuesday 16 December, Bagijnhof 13. These informal meetings between the Rector and students are part of the ‘Closer to students’ formula. During these Tuesday evening sessions at various student houses and student societies, debates will take place on current subjects selected from newspapers, weekly magazines and the Internet. Both the Rector and the students can select those items from the daily news they feel are relevant for education, research and TU Delft’s future. The meetings start at 20:00. For more information please contact m.vredeling.

Nanobuis als quantumdot

Nanobuis als quantumdot

Nanobuis als quantumdot

Onderzoekers van het Kavli Institute of Nanoscience zijn er voor het eerst in geslaagd om een enkel elektron te vangen in een goed regelbare koolstof nanobuis. Dit kan dankzij een nieuwe methode voor het maken van ultraschone nanobuisjes.

Bovendien ontdekte het team van Kouwenhoven samen met dr. Gary Steele (quantum transport, Technische Natuurwetenschappen) als hoofdauteur een nieuw soort ‘tunneling’ dat tot nu toe alleen uit de theorie bekend was onder de naam ‘Klein-paradox’ (zie kader).

Het actieve deel op het siliciumplaatje meet ongeveer tien bij tien micrometer. In het midden loopt een groef van 300 tot 500 nanometer breed. Daaroverheen ligt een nanobuisje, dat aan weerszijden rust op platina elektrodes. Daarnaast is de middenbaan in gebruik als derde elektrode.

Door de spanningen op de elektroden te variëren slaagden de onderzoekers erin om een enkel elektron in de nanobuis te vangen. De nanobuis fungeert als een quantumdot omdat het beschouwd kan worden als een ‘doosje’ waarin een regelbaar aantal elektronen bewaard kan worden. De onderzoekers slaagden er zelfs in om met een controleerbaar elektron een dubbele quantumdot te maken.

De wetenschap heeft hoge verwachtingen van nanobuizen als quantumdots, omdat ze de kwestbare elektronspin goed lijken af te schermen van storende omgevingsinvloeden.

Kader: Klein-paradox

Kader: Klein-paradox

Kader: Klein-paradox

Het team van Kouwenhoven doet in Nature ook verslag van een bijzonder tunneling-effect. Bij tunneling komt een elektron in een toestand of op een plaats die normaal gesproken vanuit zijn energietoestand onbereikbaar zou zijn. Vergelijk het met een tennisbal die spontaan uit de dakgoot op het gras valt.

Alsof dat nog niet vreemd genoeg is, stelt de Klein paradox dat tunneling waarschijnlijker wordt bij zeer hoge energiebarrières. Toen de onderzoekers met elektroden de barrière groter maakten, zagen ze tot hun verbazing tunneling toenemen, net als Klein voorspeld had op basis van relativistische quantumechanica.

G.A. Steele, G. Gotz, L.P. Kouwenhoven, ‘Tunable few-electron double
quantum dots and Klein tunneling in ultraclean carbon nanotubes’,
Nature Nanotechnology, 6 april 2009.