Quantum-vloeibare kristallen

7 mei 2017, 00:00
Lichtpatronen gegenereerd door een kristal op basis van rhenium: links de normale variant, rechts de 3D quantum-variant (foto © Hsieh Lab / Caltech).
Lichtpatronen gegenereerd door een kristal op basis van rhenium: links de normale variant, rechts de 3D quantum-variant (foto © Hsieh Lab / Caltech).
Onderzoekers aan het Institute for Quantum Information and Matter (California Institute of Technology) hebben het eerste driedimensionale quantum vloeibare kristal ontdekt - een nieuwe materietoestand die wellicht toegepast kan worden in toekomstige ultrasnelle quantumcomputers.  De ontdekking van deze nieuwe materietoestand, die kan worden beschouwd als het quantum-equivalent van een vloeibaar kristal, is waarschijnlijk slechts het topje van de ijsberg: in principe kan een groot aantal klassen van deze quantum-vloeibare kristallen bestaan.
Vloeibare kristallen vallen ergens tussen vloeistoffen en vaste stoffen; ze bestaan uit moleculen die vrij als in een vloeistof kunnen bewegen, maar allemaal dezelfde oriëntatie hebben. In de natuur kunnen deze vloeibare kristallen in biologische celmembranen worden aangetroffen; en natuurlijk kennen we ze allemaal van de alomtegenwoordige LC-displays.
In een ‘quantum’-vloeibaar kristal gedragen elektronen zich als de moleculen in een ‘klassiek’ vloeibaar kristal. Anders uitgedrukt: de elektronen kunnen zich vrij bewegen, maar vertonen een voorkeurs-bewegingsrichting. Dit gedrag is voor het eerst in 1999 bij tweedimensionale quantum-vloeibare kristallen aangetoond; het gedrag van de elektronen in de nu ontdekte 3D-variant is zo mogelijk nog vreemder. De elektronen maken niet alleen onderscheid tussen de x-, y- en z-as, maar ze hebben ook verschillende magnetische eigenschappen alnaargelang ze langs een bepaalde as heen of terug bewegen.
De 3D quantum-vloeibare kristallen kunnen een rol gaan spelen bij een technologie die spintronics wordt genoemd, waarbij de spinrichting van elektronen kan worden benut om efficiëntere computerchips te creëren. Ook kan de ontdekking van pas komen bij de ontwikkeling van quantumcomputers: ‘normale’ quantumtoestanden zijn uiterst fragiel, maar dit probleem kan wellicht worden opgelost met behulp van ‘topologische supergeleiders’ op basis van 3D quantum-vloeibare kristallen.
 
Reacties worden ingeladen...
gerelateerde items