NWO-I

NWO - Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek - print-logo

URL voor deze pagina :
https://www.nwo-i.nl/nieuws/2012/05/16/cooperparen-van-een-elektron-en-een-gat/

Geprint op :
25 juni 2018
21:27:20

Elektronen en gaten in een halfgeleider zijn soms net mensen. Onder normale omstandigheden vormen ze redelijk stabiele paren. Wanneer ze echter voortdurend in aanraking komen met aantrekkelijke leden van het andere geslacht worden ze ontrouw. Zo is het ook met elektronen en gaten: als die te dicht op elkaar zitten, blijven er geen stabiele paren over.
Hierop bestaat echter een interessante uitzondering. Terug naar de vergelijking met mensen: Veronderstel dat er in een land zowel goed verwarmde als slecht verwarmde huizen zijn. Zo lang het warm blijft, maakt het weinig uit waar men woont. Als het echter koud wordt, gaan alle mannen en vrouwen in de best verwarmde huizen wonen. Voor een stel in een goed verwarmd huis is de drempel om te scheiden vervolgens hoog: alle andere goed verwarmde huizen zijn bezet en niemand wil naar een koud tochtig huis verhuizen. Paren blijven daarom toch bij elkaar. Hetzelfde geldt voor elektron-gat Cooperparen: paren van elektronen en gaten die bij hoge dichtheid en lage temperatuur bij elkaar blijven, omdat alle andere gunstige plekken al bezet zijn.

Uitzenden van licht
De FOM-onderzoekers Marijn Versteegh, Arjon van Lange, Henk Stoof en Jaap Dijkhuis van de Universiteit Utrecht berekenden hoever ze een zinkoxidekristal zouden moeten afkoelen, zodat elektron-gat Cooperparen zouden ontstaan, bij een haalbare dichtheid. Toen uit hun berekeningen bleek dat de lage temperaturen in een experiment bereikbaar waren, besloten ze de proef op de som te nemen. Door met ultrakorte zeer intense laserpulsen op een zinkoxidekristal (Fig. 1) te schijnen, creëerden ze een hoge dichtheid van elektronen en gaten en dit bij steeds lagere temperaturen. Bij het afkoelen van het kristal tot -269 graden Celsius ontstond een zeer sterke lichtemissie (Fig. 2). De golflengte en de intensiteit van het licht kwamen nauwkeurig overeen met de quantumtheoretische berekeningen die ze hadden uitgevoerd. Het licht bleek afkomstig van elektron-gat Cooperparen in een niet-gecondenseerde toestand.
Er zijn indicaties dat dat hoge-temperatuur supergeleiding  ook verband houdt met ongecondenseerde elektron-elektron Cooperparen. Om die reden kan deze ontdekking van ongecondenseerde elektron-gat Cooperparen eveneens helpen bij de zoektocht naar een verklaring voor supergeleiding bij hoge temperaturen.
Een volgend doel is het maken van een condensaat van elektron-gat Cooperparen. Daarvoor moet de temperatuur nog verder omlaag. Als dit lukt, is de Cooperpaarlaser een feit.

Publicatie
M.A.M. Versteegh, A.J. van Lange, H.T.C. Stoof en J.I. Dijkhuis, ‘Observation of preformed electron-hole Cooper pairs in highly excited ZnO’, Physical Review B (2012).

Contact
Prof. dr. J.I. Dijkhuis

Debye Institute for Nanomaterials Science, Universiteit Utrecht
(030) 253 23 19

Dr. M.A.M. Versteegh
Kavli Institute of Nanoscience, Technische Universiteit Delft
(015) 278 35 52

Prof. dr. ir. H.T.C. Stoof
Institute for Theoretical Physics, Universiteit Utrecht
(030) 253 18 71