Amsterdamse natuurkundigen hebben de minimumtijd bepaald waarin aan/uit-schakelaars op een computerchip kunnen omschakelen. De wetenschappers bekeken een schakelaar van magnetiet. In de ‘aan’-stand geleidt magnetiet elektriciteit, terwijl het materiaal in de ‘uit’-stand isolerend is.

Een laserpuls (rood, rechtsboven) verbrijzelt groepjes ijzeratomen (blauw) in magnetiet. Er ontstaan geleidende banen in het materiaal (rood, beneden).  Bron: Greg Stewart, SLAC National Accelerator Laboratory.
Een laserpuls (rood, rechtsboven) verbrijzelt groepjes ijzeratomen (blauw) in magnetiet. Er ontstaan geleidende banen in het materiaal (rood, beneden).
Bron: Greg Stewart, SLAC National Accelerator Laboratory.

De wetenschappers ontdekten dat het maar één picoseconde (een miljoenste van een miljoenste van een seconde) duurt om magnetiet van een isolerend in een geleidend materiaal te veranderen.

Laserplaatjes
Om magnetiet tussen de twee situaties te laten schakelen, sturen natuurkundigen een krachtige laserpuls van zichtbaar licht door het materiaal. Deze lichtpuls slaat elektronen los uit de nette patronen waarin ze normaal gesproken vastzitten, waardoor het materiaal geleidend wordt. Het schakelen tussen de isolerende en geleidende toestand heet een Verwey-overgang, naar de Nederlandse scheikundige Evert Verwey.

Hoe drinkbaar is de stijgende zeespiegel?
LEES OOK

Hoe drinkbaar is de stijgende zeespiegel?

Een tekort én een overschot aan water bedreigen tegelijkertijd de menselijke beschaving. Kunnen die de zee ooit drinkbaar maken?

Tot nog toe wisten wetenschappers niet precies wat tijdens Verwey-overgang gebeurt. De Amsterdamse onderzoekers brachten daar verandering in door korte röntgenflitsen op het magnetiet af te vuren. Zo konden ze op verschillende momenten een plaatje maken van het schakelende materiaal.

Supersnelle gaten
De onderzoekers ontdekten dat het magnetiet normaal gesproken isoleert dankzij groepjes van drie ijzeratomen in het materiaalrooster. Wanneer een laserpuls het materiaal raakt, zal het een deel van deze groepjes vernietigen. Daardoor ontstaan gaten in het materiaalrooster. In deze gaten kunnen elektronen bewegen, waardoor geleidende routes in het magnetiet ontstaan. Dat alles gebeurt binnen een picoseconde.

De vondst kan leiden tot betere transistors, die werken als de aan/uit-schakelaars op computerchips. Dat maakt het ook mogelijk snellere, krachtigere processoren te maken die minder stroom verbruiken. Voor het zover is, moeten de wetenschappers materialen testen die bij kamertemperatuur kunnen schakelen. Het magnetiet schakelt namelijk bij een temperatuur van -150 °C.