Brug slaan tussen nanodraden

Deponeer een paar atoomlagen goud op de ondergrond germanium, verhit het geheel en er vormen zich vanzelf draden. Goud-geïnduceerde draden noemt Mocking ze bij voorkeur, geen ‘gouddraden’ omdat het geen draden van louter goudatomen zijn, ze bevatten ook germanium. Ze zijn slechts een paar atomen hoog en hebben een tussenruimte van niet meer dan ,.6 nanometer. En over die smalle ‘geul’ leggen de nanotechnologen ook nog eens een koper-phtalocyanine molecuul. Dat past precies. Dit molecuul blijkt te kunnen roteren als de elektronen die ernaartoe gaan, voldoende energie hebben. Het kan dan fungeren als schakelaar. Maar ook bijzonder: het koperatoom in dit molecuul zweeft in het vacuüm boven de geul, totaal ontkoppeld. Misschien zijn zo weer nieuwe eigenschappen van de nanodraden te achterhalen.

Kwantumeffecten

Mocking heeft ook met twee andere metalen, iridium en kobalt, nieuwe 1D structuren gemaakt. Met weer heel andere resultaten. Zo kon hij in het geval van iridium aantonen dat er bij kamertemperatuur kwantumeffecten optreden, waardoor de draden altijd 4,8 nanometer lang zijn, of een veelvoud daarvan. Dit opzienbarende resultaat haalde eerder dit jaar Nature Communications. Bij kobalt, het derde metaal, bleken zich geen draden te vormen maar eilandjes en ‘nanokristallen’.

Bottom-up nanoelektronica

Voor de drie metalen heeft Mocking steeds als ondergrond de halfgeleider germanium gebruikt: goed te verwerken bij relatief lage temperaturen, en met een gunstige kristalstructuur. Scanning Tunneling Microscopy (STM) is bij uitstek geschikt om deze structuren te onderzoeken. Zijn onderzoek is fundamenteel interessant, omdat als je terug naar lagere dimensies, tot aan 1D, verrassende fysische effecten optreden. Het is ook een manier om ‘bottom-up’ elektronische schakelingen te bouwen: beginnen met de kleinste structuren die zichzelf organiseren, daar moleculen aan toevoegen en zo verder bouwen. Dat staat nu nog aan het begin, maar kan een alternatief gaan vormen voor de huidige ‘top-down’ benadering waarbij van een grotere structuur steeds meer wordt weggehaald. De goud- en iridiumgeïnduceerde draden kunnen hiervoor basisbouwstenen zijn. De eilanden van kobalt zijn misschien minder geschikt voor de nieuwe elektronica, maar bieden wel weer fundamentele nieuwe inzichten.

Tijs Mocking (1984, Utrecht) promoveerde op 19 september op zijn proefschrift ‘Properties of 1D metal-induced structures on semiconductor surfaces‘. Hij heeft zijn onderzoek gedaan in de groep Physics of Interfaces and Nanomaterials.