Tegen-intuïtieve verplaatsing van elektronen

21 maart 2017, 00:00
Een laserpuls veroorzaakt een quantumbeweging van elektronen van de bovenste naar de onderste laag, zonder dat de middelste laag gepasseerd wordt (illustratie: Frank Ceballos/University of Kansas).
Een laserpuls veroorzaakt een quantumbeweging van elektronen van de bovenste naar de onderste laag, zonder dat de middelste laag gepasseerd wordt (illustratie: Frank Ceballos/University of Kansas).
Ons 'boerenverstand' zegt dat wanneer een object van punt A naar punt B beweegt, het noodgedwongen ook alle punten tussen A en B moet passeren. Dat geldt echter niet voor elektronen in de quantumwereld, waar deze intuïtieve waarheden niet meer gelden. Elektronen kunnen bijvoorbeeld op de eerste verdieping verschijnen, en vervolgens op de derde verdieping – zonder ooit een voet op de tweede verdieping te hebben gezet (voor zover elektronen voeten hebben, natuurlijk).

Precies dat tegen-intuïtieve gedrag is door professor Hui Zhao en zijn medewerkers in het Ultrafast Laser Lab van de University of Kansas waargenomen. In een monster dat uit drie verschillende, uiterst dunne lagen bestaat, bewegen elektronen van de bovenste laag naar de onderste laag zonder op enig moment in de middelste laag te worden waargenomen. Volgens Zhao kan deze efficiënte vorm van quantum-elektronentransport een sleutelrol gaan spelen in zogenaamde Van der Waals-materialen die op hun beurt weer in zonnecellen en elektronica in het algemeen gebruikt kunnen worden.

Het onderzochte monster bestond uit drie laagjes halfgeleidermateriaal (MoS2, WS2 en MoSe2), elk met een dikte van minder dan 1 nm. Deze drie materialen reageren op licht met verschillende golflengten (kleuren).

De onderzoekers gebruikten een laserpuls met een duur van 100 femtoseconden om enkele elektronen uit de bovenste MoSe2-laag los te slaan zodat ze vrij konden bewegen. Met een laserpuls met de juiste kleur voor de onderste MoS2-laag (die dankzij een weglengteverschil van 0,3 mm één picoseconde later aankomt dan de eerste puls) kon het verschijnen van die elektronen in de onderste laag worden aangetoond. Het bleek dat de elektronen gemiddels 1 ps nodig hebben om zich van de bovenste naar de onderste laag te verplaatsen.

Met een derde laserpuls is de middelste laag in de gaten gehouden – maar daar konden geen elektronen op weg van boven naar beneden worden aangetoond. Kennelijk hebben de elektronen de middelste laag 'overgeslagen' – een gedrag dat ook door theoretisch fysici aan de Universiteit of Nebraska-Lincoln in simulaties is bevestigd.
 
Reacties worden ingeladen...
gerelateerde items