Begrijpen hoe elektronen wisselwerken in atomen, moleculen en vaste stoffen is essentieel om te verklaren waarom materialen zich gedragen zoals ze doen. Deze wisselwerkingen bepalen veel eigenschappen waarop we vertrouwen, zoals geleidbaarheid, magnetisme en chemische reactiviteit. Toch is het nauwkeurig voorspellen van het gedrag van elektronen nog altijd bijzonder complex, zeker in systemen met veel deeltjes die met elkaar in wisselwerking staan. De situatie wordt nog ingewikkelder wanneer er een magnetisch veld aanwezig is. In zo'n veld bewegen elektronen bij voorkeur in cirkelvormige of spiraalvormige banen in plaats van vrij te bewegen. Dit verandert hun beweging en verbreekt bepaalde symmetrieën in het systeem, waardoor metalen bijvoorbeeld isolatoren kunnen worden.
Om dit voorspelbaar te maken, zijn "kwantumsimulators" ontwikkeld op basis van het idee dat het gedrag van complexe systemen in materialen zelf nagebootst kan worden met eenvoudige bouwstenen, vergelijkbaar met het stapelen van LEGO-blokjes. Door deze bouwstenen zorgvuldig te rangschikken, kunnen we kwantumverschijnselen nabootsen en bestuderen die anders moeilijk toegankelijk of berekenbaar zijn. In deze lezing introduceer ik het concept van kwantumsimulatie en leg ik uit hoe we het gedrag van elektronen in atomen, moleculen en vaste stoffen kunnen nabootsen door elektronische potentialen in halfgeleidermaterialen vorm te geven. Ik bespreek ook een recent resultaat: we kunnen materialen simuleren onder extreem sterke effectieve magneetvelden, duizenden tesla, ver buiten het bereik van huidige in laboratoria opwekbare magneten. Onder deze omstandigheden hebben we een nieuwe elektronische fase van materie waargenomen, die tot nu toe onbekend gedrag van elektronen aan het licht brengt.
Huygens Colloquia
In de Faculteit der Natuurwetenschappen, Wiskunde en Informatica vindt een grote diversiteit aan spannend onderzoek plaats. De Huygens Colloquia zijn een reeks lezingen door FNWI-medewerkers voor alle FNWI-medewerkers en studenten. Elke maand zal een collega op een toegankelijke manier hun wetenschap en hun nieuwste resultaten bespreken voor een breder publiek. De toegang is gratis en aanmelden is niet nodig.
