Bølgeleder for elektroner

Forskere leder elektroner som lys ved hjelp av nano-karbonrør

Forskere har klart å produsere en ny form for bølgeleder for elektroner som minner om en optisk fiber for lys.

Med en elektrisk spenning satt på nano-karbonrøret (øverst), induseres et elektrostatisk potensial i det underliggende grafénlaget, som kan holde elektroner fanget på samme måte som fotoner kan holdes fanget i en optisk fiber. Det elektriske potensialet er her illustrert som en fordypning i grafénlaget – i virkeligheten er laget fullstendig flatt.
Med en elektrisk spenning satt på nano-karbonrøret (øverst), induseres et elektrostatisk potensial i det underliggende grafénlaget, som kan holde elektroner fanget på samme måte som fotoner kan holdes fanget i en optisk fiber. Det elektriske potensialet er her illustrert som en fordypning i grafénlaget – i virkeligheten er laget fullstendig flatt. (Illustrasjon: A. Cheng, J. Cheng, J. Mok, J. Stel/Harvard University)

Forskere har klart å produsere en ny form for bølgeleder for elektroner som minner om en optisk fiber for lys.

  • elektroner

Skal man sende kvanteinformasjon fra ett sted til et annet, er fotoner og en optisk fiber en god kombinasjon.

Elektroner er i prinsippet like velegnede til å bære kvanteinformasjon. Men siden man hittil ikke har kunnet sende elektroner enkeltvis over lengre avstander uten at det har vært forbundet med store tap eller forvrengninger, har de ikke være velegnede til oppgaven.

En ny form for bølgeleder for elektroner er nå utviklet av Jean-Damien Pillet fra Ecole Polytechnique i Paris i samarbeid med forskere fra Harvard University i USA og Japans nasjonale institutt for materialvitenskap, og dette kan nå løse det problemet.

Forskerne har i en artikkel i Physical Review Letters vist at de kan lede elektroner i en smal bane langs et grafénlag som befinner seg noen få nanometer under et nano-karbonrør, hvor det er satt på en elektrisk spenning.

Karbonnanorøret har en diameter på ca. én nanometer. Med en spenningsforskjell på omkring én volt mellom karbonnanorøret og grafénlaget, vil dette indusere et elektrostatisk potensial med en bredde på rundt 10 nanometer i grafénlaget, med en energiforskjell på rundt 0,1 elektronvolt i midten av denne bølgelederen i forhold til området utenfor.

Første skritt på veien

Denne konfigurasjonen løser en lang rekke problemer som har oppstått med andre former for bølgeledere for elektroner.

For det første kan den produseres som en single-mode-bølgeleder, som også er tilfelle for visse typer optiske fibre. Dette er nødvendig for at man skal hindre at elektroner utilsiktet vil hoppe mellom forskjellige bølgetyper (modes) inne i bølgelederen.

For det andre kan den holde godt fast på elektronene, slik at de ikke lekker ut.

I forsøkene har bølgelederen bare hatt en lengde på 500 nm.

Denne må økes til rundt mikrometerskala hvis man for eksempel skal bruke den til å bygge veldig følsomme elektron-interferometre eller rekonfigurerbare kretsløp, forklarer David Goldhaber-Gordon fra Stanford University til physics.aps.org.

Forsøkene er utført ved en temperatur på 1,6 kelvin, men bølgelederen burde også virke ved romtemperatur, skriver forskerne i artikkelen sin. Men det må testes før man kan være sikker på dette.

Men David Goldhaber-Gordon mener at dette dreier seg om en smart tenkt og smart utført bølgeleder. Så kanskje har vi nå funnet det elektroniske motstykket til optiske fibre.

Denne artikkelen ble først publisert av Ingeniøren.

Les også

Kommentarer (0)

Kommentarer (0)

Eksklusivt for digitale abonnenter

På forsiden nå