Universiteit Leiden

nl en

Twee ERC Grants voor Leidse natuurkunde

Dit jaar hebben maar liefst twee Leidse natuurkundigen een prestigieuze ERC Starting Grant in de wacht gesleept. Met een budget van 1,5 miljoen euro is dit een van de grootste individuele beurzen voor wetenschappers.

Microdeeltjes

Daniela Kraft krijgt haar ERC grant voor onderzoek naar het gedrag van zogenoemde colloïden—deeltjes van een miljoenste meter. Zij bevinden zich op het slagveld van de microwereld, waarin een continue storm woedt van chaotisch door elkaar dansende moleculen. Kraft gebruikt die onophoudelijke beweging in haar voordeel om colloïden zelf structuren te laten vormen. Tijdens eerder onderzoek lukte het Kraft al om een aantal basisstructuren te genereren en om colloïden over elkaar te laten bewegen als gewrichten.

Nu wil ze een stap verder gaan en vanuit die bouwstenen grotere flexibele systemen maken. Tot nu toe werden grotere structuren altijd stijf—onhandig als je bijvoorbeeld een microrobot wilt bouwen. Met haar ERC grant heeft ze hier nu volop ruimte voor; ze kan twee promovendi en een postdoc aanstellen. En er zijn inderdaad nog genoeg open vraagstukken, vertelt Kraft. ‘We willen weten welke impact het heeft als we een systeem net iets anders laten opbouwen, bijvoorbeeld met kubusjes in plaats van bolletjes. En we willen zelf de controle hebben om heen en weer te switchen. Bijvoorbeeld door magnetische of actieve deeltjes te gebruiken.’

Het uiteindelijk doel aan de horizon is het realiseren van microrobots die zichzelf opbouwen. ‘Op de macroschaal zijn er al robots,’ zegt Kraft. ‘En vorig jaar is nog de Nobelprijs uitgereikt voor moleculaire robots. Maar daartussenin is er nog niets. Wij willen dat gat opvullen.’

Artist impression van het opbouwen van switchable structuren door gebruik te maken van colloïdale scharniertjes.

Quantummaterialen

Milan Allan ontvangt zijn ERC grant voor onderzoek naar quantummaterialen. Deze laten mysterieuze quantummechanische effecten zien op de macroscopische schaal. Hun elektronen vertonen collectief gedrag, zoals een zwerm vogels, maar worden geleid door de magie van quantummechanica. Toch weten we er nog steeds erg weinig van. Het begrijpen van quantummaterialen is een van de heilige gralen in de natuurkunde, en kan grote technologische voordelen hebben. In het verleden hebben de quantummechanische eigenschappen van silicium bijvoorbeeld geleid tot de computerrevolutie nadat we ze begonnen te begrijpen.

Allan bestudeert quantummaterialen door te kijken naar het ‘smelten’ van elektronen met een STM-microscoop. Natuurkundigen beschouwen elektronen in een materiaal als een elektronische vloeistof die bevroren of gesmolten kan zijn. Als hij gesmolten is, geleid de vloeistof elektriciteit, en in bevroren toestand blokkeert hij elke stroom. Bepaalde materialen hebben zowel bevroren als gesmolten delen in hun elektronische vloeistof. Natuurkundigen vermoeden dat deze wisselwerking tussen smelten en bevriezen de exotische eigenschappen definiëren van quantummaterialen, inclusief de eigenschap om elektriciteit te geleiden zonder weerstand, wat zeer goed van pas komt binnen onze maatschappij.

De ERC beurs stelt Allan in staat om precies de apparatuur te bouwen die hij nodig heeft om quantummaterialen elektron voor elektron te bekijken. Hij gebruikt het geld ook om twee promovendi en twee postdocs aan te stellen.

Artist impression van het smelten van elektronspins. Links zien we de elektronische vloeistof in bevroren toestand, met hun spin netjes geordend. Rechts is de vloeistof gesmolten, zodat magnetische golven erdoorheen kunnen vloeien.