NWO-I

NWO - Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek - print-logo

URL voor deze pagina :
https://www.nwo-i.nl/fom-historie/jaarverslagen/hoogtepunten/hoogtepunten2013/gecontroleerde-zoektocht-naar-topologische-kristallen-van-start-nr-134/

Geprint op :
17 december 2018
06:27:18

Topologische toestanden van gecondenseerde materie vormen een belangrijk onderzoeksthema in de hedendaagse natuurkunde. Topologie is de tak van wiskunde die zich bezig houdt met de studie van vormen en ruimten. Objecten die in dezelfde topologische klasse zitten, kunnen in elkaar vervormd worden door ze te buigen en op te rekken. Er zijn echter ook objecten die alleen in elkaar vervormd kunnen worden als je ze ergens openknipt, vervormt en weer plakt. Topologie kan worden toegepast om knopen te rangschikken: welke knopen kunnen in elkaar worden vervormd? En welke knopen zijn onontwarbaar?

Onontwarbare elektronenknoop
Deze wiskunde komt tot leven in de quantumwereld in speciale isolerende kristallen. De golffuncties van elektronen in deze kristallen vormen samen een onontwarbare knoop. Daardoor vertonen de elektronen collectief quantumgedrag, terwijl ze niet individueel kunnen bewegen. Dat maakt het materiaal tot een zogeheten topologische isolator

Hoewel er een handvol voorbeelden bestaat van topologische kristallen, werden deze tot voor kort voornamelijk door trial-and-error ontdekt. De onderzoekers van dit FOM-programma proberen daarom te ontrafelen aan welke eigenschappen een topologisch kristal moet voldoen.

Van zoektocht tot quantumcomputer
De onderzoekers ontdekten dat de roostersymmetrie van het kristal essentieel is voor de wiskundige omschrijving van de knoop van golffuncties, en daarmee ook voor de stabiliteit van de knoop. Dankzij deze vondst kunnen onderzoekers nu een gecontroleerde zoektocht naar nieuwe topologische isolatoren in gang zetten. 

Deze zoektocht is ook van groot belang voor het realiseren van de quantumcomputer. Een gevolg van de wetten van de quantummechanica is dat de bits in een quantumcomputer zich tegelijkertijd in vele toestanden kunnen bevinden. Dit heeft als gevolg dat deze computer een ongeëvenaarde rekenkracht heeft. Het grootste obstakel voor het maken van de quantumcomputer is echter dat quantumtoestanden erg fragiel zijn – de speciale eigenschappen van de bits verdwijnen wanneer zij de 'gewone buitenwereld' raken. Topologische isolatoren komen hier in beeld vanwege hun capaciteit om quantuminformatie met topologische middelen te beschermen.

Voor meer informatie, zie het nieuwsbericht van de Universiteit Leiden.