Een onderzoeksteam onder leiding van professoren van de afdeling Natuur- en Sterrenkunde van de Universiteit van Pittsburgh heeft de ontdekking aangekondigd van een nieuwe elektronische toestand van materie.

Jeremy Levy, een vooraanstaand professor in de fysica van de gecondenseerde materie, en Patrick Irvin, een universitair hoofddocent onderzoek zijn co-auteurs van het artikel "Pascal conductance series in ballistic one-dimensional LaAIO" ₃ /SrTiO ₃ kanalen." Het onderzoek richt zich op metingen in eendimensionale geleidende systemen waar elektronen worden gevonden om te reizen zonder verstrooiing in groepen van twee of meer tegelijk, in plaats van individueel.

De studie is gepubliceerd in Wetenschap op 14 februari.

"Normaal gesproken, elektronen in halfgeleiders of metalen bewegen en verstrooien, en uiteindelijk in één richting afdrijven als je een spanning toepast. Maar in ballistische geleiders bewegen de elektronen meer als auto's op een snelweg. Het voordeel daarvan is dat ze geen warmte afgeven en kunnen worden gebruikt op manieren die heel anders zijn dan gewone elektronica. Onderzoekers voor ons zijn erin geslaagd dit soort ballistische geleider te creëren, ’ legde Levy uit.

"De ontdekking die we hebben gedaan laat zien dat wanneer elektronen kunnen worden gemaakt om elkaar aan te trekken, ze kunnen bosjes van twee vormen, drie, vier en vijf elektronen die zich letterlijk gedragen als nieuwe soorten deeltjes, nieuwe vormen van elektronische materie."

Levy vergeleek de bevinding met de manier waarop quarks aan elkaar binden om neutronen en protonen te vormen. Een belangrijke aanwijzing voor het blootleggen van de nieuwe materie was de erkenning dat deze ballistische geleiders overeenkwamen met een reeks binnen de driehoek van Pascal.

"Als je in verschillende richtingen van Pascal's Driehoek kijkt, zie je verschillende nummerpatronen en een van de patronen was één, drie, zes, 10, 15, 21. Dit is een reeks die we in onze gegevens hebben opgemerkt, dus het werd een uitdagende aanwijzing over wat er werkelijk aan de hand was. De ontdekking kostte ons enige tijd om te begrijpen, maar het was omdat we aanvankelijk niet beseften dat we naar deeltjes keken die uit één elektron bestonden, twee elektronen, drie elektronen enzovoort. Als je dit alles bij elkaar optelt, krijg je de reeks van 1, 3, 6, 10."

Heffing, die tevens directeur is van het Pittsburgh Quantum Institute, merkte op dat de nieuwe deeltjes eigenschappen hebben die verband houden met kwantumverstrengeling, die mogelijk kan worden gebruikt voor kwantumcomputing en kwantumherdistributie. Hij zei dat de ontdekking een opwindende vooruitgang is naar de volgende fase van de kwantumfysica.

"Dit onderzoek valt binnen een grotere inspanning hier in Pittsburgh om nieuwe wetenschap en technologieën te ontwikkelen die verband houden met de tweede kwantumrevolutie, " hij zei.

"In de eerste kwantumrevolutie ontdekten mensen dat de wereld om hen heen fundamenteel werd beheerst door wetten van de kwantumfysica. Die ontdekking leidde tot een begrip van het periodiek systeem, hoe materialen zich gedragen en hielpen bij de ontwikkeling van transistors, computers, MRI-scanners en informatietechnologie.

"Nu, in de 21e eeuw, we kijken naar alle vreemde voorspellingen van de kwantumfysica en draaien ze om en gebruiken ze. Als je het over toepassingen hebt, we denken aan kwantumcomputers, kwantumteleportatie, kwantumcommunicatie, kwantumdetectie - ideeën die eigenschappen van de kwantumaard van materie gebruiken die eerder werden genegeerd."