Velkommen til atomtronik - elektronikkens stofbølgekonkurrent

Elektronik kan i fremtiden få konkurrence af atomtronik til brug i sensorer. Fordelen ved at udsende stofbølger i stedet for elektromagnetiske bølger skal findes i atomernes stabilitet.

Af Jens Ramskov 26. aug 2012 kl. 12.00

Amerikanske forskere har fremstillet den første oscillator, der udsender atomare stofbølger.

Det er en atomar udgave af den elektroniske oscillator, som kan udsende elektromagnetiske bølger, når den kobles til en antenne eller en transmissionslinje.

Det er tale om et gennembrud inden for en ny teknologi, som kaldes atomtronik, da den er en pendant til sædvanlig elektronik.

Atomtronisk transistor. S,G og D henviser til transistorens source, gate og drain. Det øverste panel viser potentialforskellen (blå kurve), og den store røde cirkel illustrerer udgangsstrålen af stofbølger. Det nederste panel er et absorptionsbillede af termiske atomer (uddybende forklaring findes i den videnskabelige artikel http://arxiv.org/pdf/1208.3109.pdf).

Atomtronik er nyt forskningsområde, som fik sit navn i en artikel fra 2007 i Physical Review A med titlen: 'Atomtronics: ultracold atom analogs of electronics devices'.

Blandt forfatterne var Dana Anderson og Murray Holland fra University of Colorado og forskningscenteret Jila, som er en joint venture mellem universitetet og National Institute of Standards and Technology (Nist).

I atomtronik opbygger man komponenter og kredsløb baseret på atomer, som findes i et såkaldt Bose-Einstein-kondensat ved meget lave temperaturer, omkring en milliontedel grad over det absolutte nulpunkt.

Det er også en Bose-Einstein-kondensator, som den danske fysiker Lene Vestergaard Hau har benyttet til sine banebrydende eksperimenter med langsomt lys.

Læs også: Lys i kravle-tempo

De første Bose-Einstein-kondensater blev fremstiller i 1995 af forskere fra Jila og Nist og gav anledning til en nobelpris i 2001.

I mange år var atomtronik kun et teoretisk forskningsområde, som et lille antal forskningsgrupper verden over har interesseret sig for.

Atomtronisk transistor styres med en laser

Dana Anderson har nu sammen med kollegaer fra University of Colorado, Jila og Nist fremstillet en atomtronik-udgave af en felt-effekt-transistor, som består af tre 'beholdere', som på tilsvarende vis er navngivet source, gate og drain.

Som udgangspunkt forhindrer optiske barrierer atomerne i at flyde frit mellem de tre beholdere.

Source-beholderen fyldes med rubium-87-atomer. Det skaber et kemisk potentiale, der kan drive atomerne gennem enheden - på samme måde som et elektrisk potentiale kan drive elektroner gennem en felt-effekt-transistor.

Ved at mindske den optiske barriere kan atomer via tunneleffekten bevæge sig ind i gate-beholderen. Da de også kan bevæge sig tilbage, får man på den måde en oscillator.

Atomerne kan også via tunneleffekten flytte sig fra gate-beholderen til drain-beholderen og ud af enheden. Herved udsendes en stofbølge.

For at undgå at atomerne kan bevæge sig tilbage til gate-beholderen fra drain-beholderen, bliver enheden styret med laserlys.

Laseren og rubidiumatomerne fungerer som et slags batteri for enheden. Når alle atomer, der oprindeligt blev placeret i source-beholderen, er udsendt, ophører enheden med at fungere.

Kan det bruges til noget?

Atomtronik kommer aldrig til at erstatte elektronik - alene fordi atomer er for langsomme. Så spørgsmålet er, hvad man skal bruge en sådan komponent til?

I deres nye artikel skriver forskerne, at på samme måde som elektroniske oscillatorer har erstattet mekaniske oscillatorer som penduler i bornholmerure, kan det tænkes, at stofbølge-oscillatorer kan få en vigtig betydning for udvikling af atombaserede sensorer og muligvis inden for informationsbehandling.

Det er bl.a. baseret på, at ultrakolde atomer kan opretholde deres kvantetilstande, hvilket er umuligt for elektroner, der bevæger sig gennem halvledermaterialer.

Med den nye stofbølge-transistor har atomtronik i det mindste taget et afgørende skridt fra udelukkende at være teori til også at være en eksperimentel videnskab. Det er første betingelse for, at teknologien kan videreudvikles.

Dokumentation

A Matterwave Transistor Oscillator
Atomtronics: ultracold atom analogs of electronic devices
Generel introduktion til atomtronics

Emner Fysik

Kommentarer (1)

Jens Madsen 9 måneder siden

DNA som stofbølger

Kan komplicerede molekyler, såsom DNA laves som stofbølger?

Min tanke var, at tage hele menneskets DNA og sende det ud med en stofbølgelaser, rettet mod en fremmet planet eller solsystem, hvor det er sandsynligt, at der vil kunne eksistere liv...

Sandsynligheden for, at DNA'et kan blive til liv, når det rammer planeten, er sandsynligvis minimalt, og langt de fleste bølger, vil sandsynligvis også ramme forbi planeten. Alligevel, vil en stofbølgelaser, hvor DNA bølgen rettes direkte mod en planet, nok være den bedst mulige måde, at sende DNA ud i rummet, og hvor det er sandsynligt, at den vil kunne detekteres, og samles op, af intelligensvæsner.

Vi kan måske også sende koderne ud, som elektromagnetiske bølger. Det vil være meget simpelt, men sandsynligheden for, at de forstås er minimal.