Winnaar Christiaan Huygensprijs 2011 – natuurkunde

dr. F.H.L. Koppens (Deurne, 27 juni 1976) voor zijn dissertatie ‘Coherence and control of a single electron spin in a quantum dot’, verdedigd op 8 oktober 2007 aan de TU Delft. Frank Koppens was ten tijde van de uitreiking Group Leader bij ICFO/The Institute of Photonic Sciences in Barcelona, waar hij zich o.m. richtte op de bestudering van de optische eigenschappen van grafeen.

Frank Koppens is erin geslaagd de rotatie van een enkel elektron te controleren zonder de fase-informatie te verliezen. Controle over de lading van een enkel elektron was reeds eerder bereikt,maar de rotatie (de “spin”) bleek lastig te controleren. In de huidige elektronica is alleen de lading van belang. Deze gedraagt zich volgens de wetten van de klassieke mechanica. De spin volgt andere wetten, die van de quantummechanica, met als merkwaardige consequentie dat hetzelfde elektron gelijktijdig linksom en rechtsom kan draaien. Dit is één reden waarom controle over de spin zo lastig is. Een andere reden is dat de kracht op een spin magnetisch van aard is, en die kracht is veel zwakker dan de elektrische kracht waarmee je lading kunt controleren.

Koppens heeft gebruik gemaakt van oscillerende magneetvelden, resonant met de precessiefrequentie van de elektronspin om de draairichting van een enkel elektron om te keren. De fase-informatie (coherentie) van de spin bleef daarbij volledig behouden. Deze techniek was de laatst ontbrekende bouwsteen in één van de meest kansrijke ontwerpen van een quantumcomputer.