Elektronen beroofd van hun massa

Door halfgeleiders om en om in nanolagen te stapelen, raken elektronen zo in de war dat ze zich gedragen alsof ze geen massa meer hebben. Dat voorspellen Elektrotechnici Nader Engheta van de University of Pennsylvania en collega Mario Silveirinha van de University of Coimbra in Portugal. Omdat effectief massaloze elektronen zich veel sneller door kristalroosters bewegen, zouden IC‘s van dit soort materialen veel beter moeten presteren.

De massa van een elektron ligt natuurlijk vast, maar voor het gemak kun je in bepaalde situaties doen alsof zij een andere waarde heeft. Engheta vergelijkt het met een bal in een vloeistof. ’Je kunt uitrekenen hoe snel de bal valt op basis van de zwaartekracht en de tegenkrachten die vloeistof uitoefenen, of je kunt zeggen dat de bal een andere massa heeft in die vloeistof. Deze effectieve massa kan zelfs negatief zijn. In dat geval stijgt de bal op‘, aldus Engheta.

Het idee om elektronen kunstmatig van hun massa te beroven stak de kop op toen de twee onderzoekers met een ander onderwerp bezig waren. Zij hadden uitgerekend dat de weerstand tegen de opbouw van een elektrisch veld (de permittiviteit of diëlektrische constante) effectief bijna nul wordt wanneer je lagen van positieve en negatieve permittiviteit op elkaar stapelt. Zou iets vergelijkbaars gelden voor elektronen in een materiaal opgebouwd uit lagen waar ze afwisselend een positieve en negatieve massa hebben?