Logo Universiteit Utrecht

De Natuurkunde Top 10

Door muren lopen & de kleinste computerchip

Kleinste computerchips

Hele kleine deeltjes kunnen echt door muren heen en dit noemen we quantum tunneling. Tunneling kan een probleem zijn voor microchips. Als we chips steeds kleiner maken, worden de muren tussen de elektrische draden ook steeds kleiner. Dus signalen hebben dan een grotere kans om dan de ene naar de andere draad te tunnelen en treedt er een fout op. Gelukkig kunnen we tunneling juist gebruiken om nog kleinere chips te maken.

Het belangrijkste onderdeel van een chip is de transistor. Dat is een schakeling waarmee je kunt regelen of er stroom gaat lopen van de ene kant naar de andere kant. Met tunneling kan je een transistor maken die compacter is dan de gewone transistoren. Sterker nog hij moet klein zijn: een tunneling transistor is eigenlijk een muurtje waarvan we de dikte kunnen veranderen en daarmee de waarschijnlijkheid dat er elektronen doorheen gaan.

Tunneling

Hoe zit dat dan precies? Tijd voor nog een experiment met katten: door muren lopen!

Voordat je verder leest, het volgende: de zombiekat in deze uitleg is bedacht door de natuurkundige Erwin Schrödinger. Hij wilde hiermee laten zien hoe bijzonder kleine deeltjes zich gedragen. In het echt zijn er (helaas?) geen zombiekatten maar kleine deeltjes gedragen zich wel op de manier die we hieronder beschrijven.

Ik heb een muurtje gebouwd en ik zet mijn kat aan de linker kant van de muur. Mijn kat kan over de muur springen dus als ik mijn rug naar de kat en de muur keer en ik me afvraag waar de kat is, kan hij aan beide kanten zijn. En inderdaad als ik vervolgens kijk, is hij inderdaad aan één van de twee kanten (of hij is op het muurtje zelf gesprongen). Tot dusver niets vreemds aan de hand.

Maar nu metsel ik de muur zo hoog dat de kat er niet meer overheen kan springen. Ik zet mijn kat links van de muur en keer mijn rug weer naar de kat en de muur. Je zou zeggen dat hoe dan ook de kat links van de muur moet blijven. Maar omdat ik niet kijk waar de kat is, verspreidt de toestand van de kat zich over alle mogelijke posities als een golf, waarbij de hoogte van de golf bepaalt hoe waarschijnlijk het is dat ik de kat daar aantref als ik me omdraai. Als die golf bij de muur aankomt, wordt hij niet gestopt maar kan hij doordringen in de muur en wordt hij een beetje gedempt maar niet helemaal. Hoe dunner de muur, hoe minder de golf gedempt wordt. Als hij de muur weer uit is, is er altijd nog iets over van die golf, hoe weinig het ook is. Dat betekent dat als ik me omdraai de kat zomaar aan de rechter kant van de muur kan zitten. Om het nog gekker te maken: Ik kan de kat dus ook in de muur aantreffen!

Meer info?

Leuke filmpjes:

Interessante websites en artikelen: