Door vorm en de toevoeging van atomen kunnen de nanolintjes andere natuurkundige eigenschappen krijgen (afb: EMPA)

Het blijft martelen met die o zo veelbelovende kwantum-technologie. Ondanks talrijke hoeraberichten waarin weer een nieuwe ‘reuzenstap’ in de richting van het kwantumtijdperk wordt gezet, moet de eerste behoorlijke ‘alleskunner’ nog gebouwd worden. Grafeen is ook zo’n wondermiddel dat voor alles en nog wat te gebruiken is; kennelijk over voor het kwantumrekentuig. Een nieuwe ‘doorbraak’ (?): nanolintjes van grafeen verbinden met stroomgeleidende draadjes.
Ik (=as) ga even voorbij aan de loftuitingen over de kwantumtechnologie in het persbericht. Om een kwantumcomputer te maken hebben je materialen nodig die kwantumeffecten vertonen, maar die, en dat is het grote probleem, niet door de voor de kwantumwereld woeste macrowereld worden verstoord. Bovendien moeten die materialen ook nog mechanisch, thermisch en elektrisch de juiste eigenschappen hebben. Het tweedimensionele (eenatoomdikke) grafeen zou een geschikte kandidaat zijn.
“Nanolinten van grafeen zijn nog fascinerender dan het grafeen zelf”, zegt Mickael Perrin van de ETH in Zürich. “Als je de lengte, breedte en de randen varieert en er andere atomen in zet, dan krijg je allerlei mogelijke, elektrische, magnetische en optische eigenschappen.”
Dat is natuurlijk heel mooi, maar het maken die veelzijdige grafeenlintjes zijn niet zo simpel te hanteren. Terwijl hoe smaller zo’n lintje is hoe duidelijker de kwantumeigenschappen zijn, maar ook hoe lastiger het is die nanolintjes aan te sturen. Dat is natuurlijk voor het gebruik in een kwantumcomputer een niet onbelangrijk facet. Nu schijnen Perrin en collega’s er in geslaagd te zijn dergelijke nanolintjes te verbinden met geleidende draadjes. Dat is niet misselijk want zo’n grafeenlintje is maar negen koolstofatomen breed, minder dan 1 nm (eenmiljardste meter).
Overigens kwamen die nanolintjes van grafeen van nanocollega’s van EMPA. Perrin: “Die werken daar al langer mee en kunnen allerlei nanolintjes op het atoom nauwkeurig maken.” Die minuscule lintjes met een geleidend draadje is een kunst op zich, waar, onder meer een elektronenstraallithograaf aan te pas komt. Uit metingen bleek dat draad en lint inderdaad elektrisch ‘communiceren’.

Kamertemperatuur

Kwantumeffecten zijn duidelijker bij lage temperaturen en daarom voerden de onderzoekers hun metingen bij extreem lage temperaturen en in hoogvacüum. Het bleek dat de kwantumeffecten zeer ‘robuust’ waren, zoals de onderzoekers dat noemen. Dat is nogal belangrijk, aangezien de kwantumwereld heel makkelijk van zijn stuk te brengen is.
“We verwachten echter dat die kwantumeffecten ook bij kamertemperatuur aantoonbaar zijn”, zegt Perrin. Dat is natuurlijk handig, maar waarom is dat niet gemeten? Die kwantumeffecten zouden niet alleen bruikbaar zijn voor een kwantumcomputer, maar ook voor kwantumsensoren en kwantumenergieomzetting.

Voorlopig zullen de nanolintjes nog niet commercieel worden ingezet, waarschuwen de onderzoekers. Er zal nog heel wat geëxperimenteerd moeten worden om de minuscule grafeenlintjes in een kwantumsysteem samen te bouwen. Uiteraard denken de onderzoekers aan het inzetten van hun lintjes als kwantumbits. Bovendien denkt Perrin die lintjes te kunnen gebruiken voor zeer efficiënte energieomzetting door bijvoorbeeld stroom te peuren uit temperatuurverschillen.

Bron: Alpha Galileo