Magnetische roosters brengen atomen dichter bij elkaar

20 februari 2017

Quantumsimulatie is goed voor iedereen. Dit probeert Arthur La Rooij, die vrijdag 24 februari promoveert aan de Universiteit van Amsterdam, met zijn proefschrift duidelijk te maken. Hij bouwde een nieuwe machine waarmee hij met zeer kleine magneten op een chip quantummechanische koude atomen kan controleren, zodat natuurkundigen de atomen kunnen vergelijken met het gedrag van elektronen in materialen. Met deze techniek kunnen atomen twee keer dichterbij elkaar gebracht worden dan tot nu toe gebruikelijk was.

La Rooij ontwikkelde een experiment waarin quantummechanische deeltjes in zogenoemde magnetische roosters worden geplaatst. ‘Ik ben geïnteresseerd in roosters van atomen omdat deze vorm van natuurkunde ook in materialen toepasbaar is’, aldus La Rooij.

Quantumroosters

Om quantumroosters die in materialen voorkomen beter te begrijpen, experimenteerde La Rooij met atomen die hij volledig kon controleren. Hij probeerde hiertoe vooral de roosters kleiner te maken. ‘Met de techniek die ik ontwikkeld heb en het apparaat dat ik gebouwd heb, kunnen we atomen die we gevangen hebben dichter bij elkaar brengen. Dit betekent dat ze sterker op elkaar reageren en dat het gemakkelijker is voor de atomen om zich door het rooster te bewegen. Zo kunnen we quantumsimulaties doen van interessante systemen die meer lijken op de materialen die we proberen te begrijpen. Met mijn nieuwe magnetische roosters kunnen we atomen tot 200 nanometer bij elkaar brengen. Dat is op een schaal die vijftig keer kleiner is dan in onze eerdere experimenten en twee keer dichter bij elkaar dan voor natuurkundigen gebruikelijk is. Als wij ook echt atomen in deze roosters weten te vangen, hebben we een uniek, ultraklein atoomrooster gemaakt.’ 

Gaswolkje vangen

La Rooij schetst hoe hij in de praktijk atomen in roosters plaatste: ‘Stel je een volledig lege ruimte voor die helemaal vacuüm is gepompt. In die ruimte laten we een aantal deeltjes los uit een soort oventje. Die deeltjes worden vervolgens van alle kanten beschenen met lasers. Hiermee remmen we de deeltjes af: we laten de lasers de energie uit de atomen afvoeren. Vervolgens staan de atomen stil in de gaswolk. Daarna kunnen we ze in een rooster plaatsen.’ In La Rooijs experiment is het mogelijk om zo’n rooster vervolgens groter of, bijvoorbeeld, korreliger te maken om te kijken welk effect dit heeft op de atomen.

Gratis elektrische stroom geleiden

In de toekomst kan deze kennis ook toepassingen hebben in de praktijk: bij materialen die opgebouwd zijn als roosters, zoals zout of bepaalde metalen. ‘Mijn favoriete probleem binnen de quantumwereld betreft de interacties van elektronen in supergeleidende metalen’, vertelt La Rooij. ‘Deze metalen kunnen superefficiënt energie transporteren – als ze zouden werken bij kamertemperatuur. Momenteel werken ze alleen tot -100 ºC of bij zeer hoge druk.’ Zo ver zijn natuurkundigen nog lang niet, maar als het lukt?  ‘Dan zouden we gratis elektrische stroom kunnen geleiden. Dat scheelt zo veel energie, zo veel geld. Het zou geweldig zijn als dat kan.’


Promotiegegevens

Dhr. A.L. La Rooij: Nanoscale Magnetic Atom Chips  for Quantum Simulation. Promotor is prof. dr. ir. H.B. van Linden van den Heuvell. Copromotor is dr. R.J.C. Spreeuw.

Tijd en locatie

De promotie vindt plaats op vrijdag 24 februari om 13.00 uur. Locatie: Aula van de UvA: Singel 411, Amsterdam.

Gepubliceerd door  UvA Persvoorlichting