Gebroken lading

In de wetenschapsbijlage van 13 september wordt in het artikel 'Gebroken lading' gesteld dat nu voor het eerst gefractioneerde lading in een vaste stof is aangetoond na in 1982 door Laughlin geopperd te zijn als verklaring voor het gefractioneerde quantum Hall effect.

Hierbij wil ik erop wijzen dat ik al in 1985 sterke aanwijzingen gevonden heb voor het voorkomen van quasideeltjes met halve elektronlading in vaste stoffen bij kamertemperatuur. Hierbij gig het om kristallen van organische moleculen opgebouwd uit diverse Morpholinium derivaten en Tetracyanoquinodimethaan (TCNQ). Opmerkelijk is dat de methode waarmee R. de Piciotto et al. de gefractioneerde lading aantonen, namelijk door shot noise metingen, dezelfde is als indertijd door mij werd gebruikt. Metingen van shot noise zijn bij uitstek geschikt om de grootte van de ladingen te bepalen omdat het ruisniveau alleen afhangt van het product van lading en stroom.

De quasideeltjes kun je je als volgt voorstellen: In de organische kristallen liggen de platte TCNQ moleculen als een stapel munten op elkaar. Per twee moleculen is er één elektron. Omdat de elektronen elkaar afstoten, bevinden ze zich allemaal op de even of op de oneven moleculen, zodat er de grootste tussenruimte tussen de elektronen is. Dit wordt een ladingsdichtheidsgolf of charge density wave (CDW) genoemd. Een quasideeltje bestaat uit de overgang (domain wall) van de ene situatie (elektronen op de even moleculen) naar de andere (elektronen op de oneven moleculen). Begin met een stapel moleculen in één van de twee toestanden, bijvoorbeeld alle elektronen op de even moleculen (nummers 2, 4, 6, etcetera) en voeg op molecuul 1 een elektron toe vanuit het contact. Voor het elektron op plaats 2 zal het nu niet meer uitmaken of het op molecuul 2 of 3 zit, omdat het op beide plaatsen de directe afstoting van een elektron of het naastliggende molecuul voelt.

Leg nu een elektrisch veld aan en het elektron krijgt een voorkeur voor positie 3. Op precies dezelfde manier schuift vervolgens ook het elektron op molecuul 4 naar molecuul 5, etcetera. Dit gaat zo door tot alle elektronen één molecuul opgeschoven zijn. Het eindresultaat is een stapel waarbij alle elektronen op de even moleculen zitten. Effectief is er dan een halve elektronlading door de stapel moleculen gelopen. Deze fractionele lading is direct in de shot noise terug te vinden.