Klassieke en quantum golven opsluiten in kristallen

De Nederlandse Universiteit Twente beschrijft hoe elk soort kristal elk soort golf opsluit, zowel quantum als klassieke golven. Voor nieuwe geïntegreerde circuits die met minuscule lichtpulsen werken.

Trefwoorden: #kristal, #quantum, #silicium, #UTwente

Lees verder

research

( Foto: UTwente )

ENGINEERINGNET.BE - Wellicht ken je kristallen die mineralen in de natuur vormen. Dergelijke kristallen kunnen worden gebruikt om quantummechanische elektronische golven op te sluiten.

Door de mens gemaakte kristallen van silicium hebben geleid tot de ontdekking van elektronische transistoren, de basis voor de huidige digitale revolutie. We weten nu dat er andere soorten kristallen zijn, die in staat zijn om verschillende soorten golven zoals licht, geluid en mogelijk zelfs aardbevingen op te sluiten en te manipuleren.

Een kristal alleen is echter niet voldoende om golven op te sluiten. De interne structuur van het kristal moet specifiek zijn afgestemd op de gewenste toepassing. Om het nog ingewikkelder te maken zijn er oneindig veel mogelijkheden voor deze structuur.

Er zijn namelijk oneindig veel denkbare bouwstenen en ordeningen in het kristal. Tot nu toe moesten wetenschappers en ingenieurs die golven wilden opsluiten, vertrouwen op hun intuïtie, giswerk en dure proefondervindelijke experimenten.

De Twentse onderzoekers presenteren nu een robuust analyse-instrument dat voorspelt hoe golven in een kristal worden opgesloten, met alleen de structuur van het kristal als input.

Promovendus Marek Kozon: "Een belangrijke parameter in onze analyse is een door ons uitgevonden 'opsluitingsdimensie'. Deze beschrijft de opsluiting voor elke mogelijke golf."

Deze methode heeft niet alleen betrekking op klassieke golven zoals geluid en licht, maar ook op quantumgolven zoals elektronen in minuscule nanostructuren.

Op basis van de nieuwe kennis kunnen ontwerpers van kristallen nu profiteren van nieuwe vuistregels voor specifieke toepassingen, met als resultaat sterk vereenvoudigde, efficiënte ontwerpprocessen.

De resultaten uit de nieuwe studie zijn dan ook relevant voor efficiënte informatieverwerking in nieuwe fotonische en elektronische chips die toekomstige slimme steden zullen bevolken.