Fysici observeren één eeuw oude voorspelling

Date: 7 March 2016

Introduction: Een team van Amerikaanse, Japanse en Belgische onderzoekers vonden een nieuwe methode om elektronen in grafeen te controleren en te manipuleren.


Dat deden ze door één koolstofatoom uit het anders perfecte draadrooster te verwijderen en te vervangen door ladingen. Daarmee observeerden de onderzoekers voor de eerste keer een voorspelling die Nobelprijswinnaar Paul Dirac bijna 100 jaar geleden maakte. De observatie geeft een beter begrip van de werking van grafeen, een materiaal met bijzonder interessante eigenschappen voor toepassing in elektronische toestellen.

In 1928 beschreef fysicus en Nobelprijswinnaar Paul Dirac de kwantummechanica van het elektron. Hij voorspelde dat, bij zeer hoge ladingen, de extreem zware kernen onstabiel worden, resulterend in een ‘atomaire collapse’. Ondanks verschillende pogingen met behulp van botsingen van zware ionen in deeltjesversnellers werd deze voorspelling nooit aangetoond.

Een team van fysici in de VS, Japan en België heeft een innovatieve manier ontdekt om met behulp van het wondermateriaal grafeen dit effect op controleerbare wijze te onderzoeken. Grafeen bestaat uit één enkel laagje van koolstofatomen, die in een kippendraadachtig rooster gerangschikt zijn. Door het verwijderen van een koolstofatoom uit dit rooster en deze opening geleidelijk aan te kleden met ladingen kon een kritische waarde worden bereikt. Bij het overschrijden van die waarde werden elektronen uit het grafeen gevangen in de opening. Dit is analoog met het lang verwachte fenomeen van atomaire instorting bij superzware kernen, waarbij elektronen in de kern gevangen worden en positronen worden uitgezonden.

Grafeen is een zeer veelbelovend materiaal voor elektronische toepassingen, onder andere omdat elektronen zich extreem snel en gedurende een lange tijd doorheen het materiaal kunnen verplaatsen. Om zulke toepassingen mogelijk te maken, moeten onderzoekers meer inzicht krijgen in de eigenschappen van grafeen.

De theoretische beschrijving van dit fenomeen werd uitgevoerd onder leiding van prof. Francois Peeters verbonden aan de onderzoeksgroep Condensed Matter Theory van het Departement Fysica van de Universiteit Antwerpen, in samenwerking met doctoraatstudent Dean Moldovan.

 

Meer weten

 



Url: https://www.uantwerpen.be/en/rg/cmt/