In laboratoria in Duitsland springen elektronen in grafeen plotseling over verboden energiezones, en wel met een waarschijnlijkheid tot honderd procent. Dit is geen meetfout, maar een werkelijk proces dat in realtime kon worden vastgelegd.
Een team wetenschappers van de Universiteit Regensburg, de Philipps-Universiteit Marburg en het Onderzoekscentrum Jülich voerde een experiment uit dat in november 2026 in het tijdschrift Nature 2 werd gepubliceerd. Zij gebruikten een foto-emissie-pulsmicroscoop in combinatie met krachtige laserpulsen om de beweging van elektronen te volgen in atomair dunne grafeenlagen van de hoogste zuiverheid, gekweekt in Jülich. De methode kreeg de naam subcyclusvideografie: zij maakt het mogelijk gebeurtenissen vast te leggen die zich binnen fracties van een femtoseconde afspelen.
In gewone halfgeleiders blijven elektronen in hun energiezone, gescheiden door een verboden bandkloof. Hier worden elektronen onder invloed van een sterk elektrisch veld van een lichtpuls versneld en steken zij de kloof over zonder tussenliggende toestanden. Stelt u zich een lift voor die onmiddellijk van de eerste naar de twintigste verdieping gaat en alle andere overslaat: precies zo ziet de Landau-Zener-Majorana-overgang eruit. De snelheid van de elektronen aan de rand van de zone bepaalt de waarschijnlijkheid van zo'n sprong, en in grafeen bereikt die honderd procent.
Het experiment toonde aan dat de wisselwerking met het kristalrooster de geordende beweging kan verstoren, maar dat het tunnelen zelf voorspelbaar blijft. Dit verschilt principieel van klassiek tunnelen door een ruimtelijke barrière — hier speelt de dynamiek in de tijd de sleutelrol.
De ontdekking opent de weg naar het besturen van elektronen in tweedimensionale materialen met behulp van licht, en niet alleen met elektrische spanningen. In de toekomst kunnen dergelijke methoden de basis leggen voor nieuwe apparaten waarin kwantumovergangen een werktuig worden in plaats van een zeldzame uitzondering.
De in Nature gepubliceerde resultaten bevestigen: de methode van subcyclusvideografie werkt ook op andere kwantummaterialen en biedt een panoramisch beeld van hun energielandschap.
