Kapløb om sammenfiltrede elektroner – Niels Bohr Institutet - Københavns Universitet

Videresend til en ven Resize Print Bookmark and Share

Niels Bohr Institutet > Nyheder > Nyheder 2009 > Kapløb om sammenfiltre...

15. oktober 2009

Kapløb om sammenfiltrede elektroner

Efter års kamp og hård international konkurrence er det lykkedes for danske og schweiziske forskere at splitte elektron-par fra superledere ved brug af nanotråde. Deres opsigtsvækkende resultater er lige blevet offentliggjort i det ansete videnskabelige tidsskrift Nature.

Det er lektor Jesper Nygård, vicecenterleder ved Nano-Science Center, Niels Bohr Institutet, København Universitet, der sammen med forskere fra Basel Universitet i Schweiz står bag dataene:

"Resultaterne er meget grundlæggende og er banebrydende for nye eksperimenter inden for kvantemekanikken. Der har været hård kamp de sidste 10 år for at nå hertil, og nu er det endelig lykkedes", siger en glad Jesper Nygård.

Elektronerne løber hver sin vej
I superledere løber elektrisk strøm helt uden modstand. Det har i årtier været kendt, at strømmen bæres af elektroner, der parvis er meget tæt forbundne. Disse elektron-par, såkaldte Cooper-par, kan sammenlignes med enæggede tvillinger. Udover at ligne hinanden, kan enæggede tvillinger også have mentale træk til fælles. For elektron-par er ligheden endnu mere ekstrem: selv når de er fysisk adskilt, er deres skæbner stærkt forbundne.

Skematisk illustration af Cooper-par splitter. To elektron-
tvillinger fra en superleder (blå) splittes i T-krydset og løber hver sin vej i nanotråden (brun). De ender i separate
elektroder (grønne), hvor der måles en elektron strøm.

Ved at koble en lille superleder til en ultratynd nanotråd er det lykkedes forskerne at adskille Cooper-par fra superledere. De to elektroner løber i hver sin retning langs nanotråden.
Elektronerne løber så at sige hver til sit i et nanoskala T-kryds, men er stadig 'mentalt forbundne' eller 'sammen-filtrede', som det hedder i kvantemekanikkens fagsprog. Forskerne kan altså ved at påvirke den ene elektron også se en reaktion på den anden, selv om parret er fysisk adskilt.

Splittede elektron-par fungerer som en slags byggeklodser i kvantemekanikken. Derfor har forskerne nu mulighed for at udføre en række nye kvantemekaniske eksperimenter med de fysisk adskilte, men 'sammenfiltrede' tvillinge-elektroner. Nanotråde, som forskerne har anvendt til at splitte Cooper-par, har også i sig selv et stort potentiale.

Danske nanotråde
"Fysikere har prøvet mange forskellige materialer til eksperimenterne, men i sidste ende viste nanotråde sig som det mest ideelle materiale at koble til superlederen. I København har vi stor ekspertise inden for fremstilling af nanotråde. Vores bidrag har derfor været trådene, mens målingerne er blevet udført ved Basel Universitet", siger Jesper Nygård.

Siden 2005 har ph.d. Claus B. Sørensen, Nano-Science Center, Niels Bohr Institutet og Martin Aagesen, direktør for SunFlake A/S arbejdet med at udvikle dyrkning af nanotråde. Forskerne bruger et avanceret instrument, kaldet MBE - Molekyle Stråle Epitaksi. Instrumentet findes ved det danske III-V Nanolab, som Niels Bohr Institutet og Danmarks Tekniske Universitet driver i samarbejde.

Indtil for få år siden vidste ingen, at MBE apparatet kunne skabe de ekstremt tynde nanotråde. I dag bruger forskerne de danske tråde både hos firmaet SunFlake A/S til prototyper af nye solceller og i sensorer til medicinalindustrien.

Den videnskabelige artikel i Nature >>