Spanning op de nanoschaal: NeVac prijs voor Leidse onderzoekers
Jaap Kautz en Johannes Jobst hebben de NeVac prijs gewonnen voor het ontwikkelen van een geheel nieuwe methode om elektrische geleiding te bestuderen. Het artikel dat zij en hun groepsleider Sense Jan van der Molen hierover schreven, werd door de jury geprezen voor zijn leesbaarheid. De prijs wordt op de komende NeVac-dag, op 17 april in Groningen, uitgereikt.
‘Programmeerbare’ Materialen
Natuurkundigen zijn momenteel bezig met het ontwikkelen van een revolutionair nieuw type materialen: materialen met eigenschappen die van tevoren kunnen worden ingeprogrammeerd. De inspiratiebron hiervoor is grafeen: een plat materiaal van precies één atoomlaag dik. Maar grafeen is niet uniek: er zijn ook andere ‘tweedimensionale’ materialen. Door nu verschillende van zulke laagjes op een slimme manier te stapelen, kan een heel nieuw materiaal worden opgebouwd. De eigenschappen van zulke ‘van-der-Waalssystemen’ worden bepaald door de keuze en volgorde van de laagjes. Vergelijk het met het bouwen met Lego: door individuele blokjes te stapelen onstaat een nieuw bouwwerk.
Nieuwe meetmethode
Om deze nieuwe soort materialen optimaal te kunnen benutten, is onderzoek nodig. Belangrijk is bijvoorbeeld om te testen hoe elektrisch geleidend of isolerend een nieuw materiaal is. Jaap en Johannes hebben hiervoor een nieuwe meetmethode ontwikkeld. Ze maken daarbij gebruik van een bijzondere elektronenmicroscoop, een lage-energie-elektronenmicroscoop.
In deze microscoop worden afbeeldingen gemaakt met behulp van relatief langzame elektronen. Doordat de elektronen zo traag zijn, wordt hun reflectiekans sterk beïnvloed door de lokale spanning in een materiaal.
Het is de onderzoekers gelukt om precies te meten hoe de elektrische stromen door het materiaal lopen. In het bijzonder hebben ze kunnen laten zien dat de geleiding door grafeen afhangt van het precieze aantal gestapelde laagjes.
NeVac-prijs
De ‘van-der-Waalsmaterialen’ vormen een veelbelovend systeem voor nieuwe toepassingen. Dankzij de Leidse meetmethode kunnen onderzoekers de relatie tussen materiaaleigenschappen en de specifiek gestapelde laagjes snel en nauwkeurig in kaart brengen. De Nederlandse Vacuümvereniging NeVac heeft dit gewaardeerd met haar jaarlijkse prijs.