Wereldfaam met de quantumdraad

Voor het eerst zijn de geleidingseigenschappen van een enkel molecuul gemeten, een zogenaamde ‘buckytube‘. De vakgroep quantumtransport van Technische Natuurkunde haalde daar afgelopen week de voorpagina van ‘Nature’ mee. ,,Hier zaten mensen al twintig jaar op te wachten”, volgens onderzoeker Sander Tans.

Simpel gezegd is het onderzoek van Tans de zoektocht naar de kleinste draad waardoor stroom kan lopen. De breedte van stroomdraden in de chipsindustrie is nu een paar honderd nanometer. ,,Twintig jaar geleden werd er al gespeculeerd over geleidende moleculen. Sinds die tijd zijn er pogingen geweest om dit ook te meten. Het molecuul dat wij gebruiken is maar anderhalve nanometer breed. Veel kleiner is nauwelijks voor te stellen.”

Een dergelijk molecuul zou de basis kunnen vormen voor een moleculaire transistor. Tans vertelt dat zijn onderzoek aanvankelijk dreigde vast te lopen. ,,Als je een molecuul op miniscule contacten wilt leggen, moet het aan een aantal eisen voldoen. Het moet natuurlijk goed geleiden, het moet lang genoeg zijn en niet oprollen zoals een bal spaghetti. Bovendien moet het niet wegreageren maar stabiel blijven. En je moet het ook nog op je contacten kunnen deponeren. Dat zijn nogal hoge eisen.”

Kortom: het op dat moment meest veelbelovende molecuul voldeed niet echt. ,,Toevallig was er toen een lezing hier op de vakgroep over buckyballs, de voetballen van zestig koolstofatomen. Bij rondvraag bleek de Amerikaanse professor Smalley de beste in het maken van lange, cilindervormige koolstofmoleculen.”

Smalley, die een jaar geleden met twee anderen de Nobelprijs ontving voor de ontdekking van buckyballs, had met zijn onderzoek net een doorbraak bereikt. ,,Door een nieuwe manier van produceren kon hij de verhouding tussen troep en enkele tubes enorm verbeteren. Wij waren hoogst verbaasd dat hij zijn tubes meteen opstuurde, wij dachten dat anderen ook wel geprobeerd hadden om eraan te komen. Onze timing bleek erg gelukkig en natuurlijk speelde de goede reputatie van de vakgroep een rol.”

Met het materiaal van Smalley herhaalde Tans zijn eerdere experimenten, met als doel dat er één molecuul op het contact zou blijven plakken. Nadat hij met zekerheid had vastgesteld dat hij aan een enkele tube zat te meten, en niet aan een bundel, kwam voor Tans het belangrijkste moment. ,,Toen we eenmaal quantummechanische effecten zagen in onze tubes wist ik het zeker. Dat vond ik persoonlijk het mooiste, ondanks het feit dat de meeste buitenstaanders misschien meer geïnteresseerd zijn in een mogelijke transistor van dit materiaal.”

Volgens Tans kostte het schrijven van een ‘Nature’-verhaal niet echt meer moeite dan een normaal artikel. ,,Er mogen alleen geen losse eindjes aan je verhaal zitten en het moet ook interessant zijn voor mensen van andere disciplines.” En de voorpagina? ,,Natuurlijk wil iedereen wel op de voorpagina. Dus je zorgt ervoor dat je minstens één mooi kleurenplaatje bij je artikelinlevert.”