Isolatie om halfgeleider-nanodraden voor ultrasnelle elektronica en kwantumcomputers

"Met nanodraden van bepaalde materialen kun je speciale deeltjes maken die je in kwantumcomputers kunt gebruiken, genaamd Majorana-fermions", legt Donega uit. "Die deeltjes hebben bijzondere eigenschappen: geen massa, geen spin, geen lading. Daardoor kunnen ze informatie heel lang bewaren want ze hebben geen interactie met hun omgeving." Als je die draden ‘kaal’ gebruikt, verliezen ze echter informatie. Donega probeert daarom een laagje van een ander materiaal om de nanodraad heen te leggen: "Als isolatie om een koperdraad."

Bijzondere eigenschappen

Door de samenstelling en nanoschaal-dimensies van de draad en het omhulsel slim te kiezen, krijgen de kern/schil nanodraden bijzondere eigenschappen die belangrijk zijn voor veel toepassingen zoals efficiëntere zonnecellen en led’s, lasers, fotodetectoren, fotokatalysatoren en elektronica. Om het omhulsel goed te maken, zijn echter heel specifieke omstandigheden nodig. "Je hebt dezelfde kristalstructuur nodig als de draad zelf", vertelt Donega. "Anders is het omhulsel te broos en brokkelt het af." In het nieuwe project zal Bakkers nanodraden maken in zijn lab in Eindhoven, waarna de draden heel voorzichtig naar Utrecht vervoerd worden. Daar gaat Donega ze in een nieuwe microreactor voorzien van een omhulsel.

Unieke combinatie

De unieke combinatie van de expertise van Donega en Bakkers is buitengewoon geschikt om het onderzoek succesvol te maken. Bakkers is een wereldexpert in het maken van nanodraden via gasfasemethoden en Donega is een wereldexpert in het maken van colloïdale halfgeleidernanokristallen in vloeistoffase met controle op hun samenstelling, vorm en grootte. Met twee promovendi – één in Utrecht, één in Eindhoven – gaan Donega en Bakkers de komende vier jaar onderzoek doen.

Transmissie elektronenmicroscopie (TEM) beeld van colloïdale (Zn, Cd) Te / CdSe heteronanodraden, gekweekt in een oplossing in Donega’s lab. De inzet linksboven toont een hoge-resolutie TEM-beeld van een enkele nanodraad. De inzet linksonder toont een reeks van nanodraadmonsters (2 nm diameter en ~ 100 nm lang) met verschillende samenstellingen onder UV-belichting. De kleur van de luminescentie kan worden afgestemd van groen naar rood door eenvoudigweg veranderen van de samenstelling van de draad. [Nano Letters 12 (2012) 749].

a) Zwevende membranen om thermo-elektrische eigenschappen van een enkele nanodraad te meten. De membranen worden overbrugd door een enkele nanodraad. b) arrays van parallelle nanodraden gegroeid met MOVPE (Metal-Organic Vapor Phase Epitaxy) in Bakkers lab (TU Eindhoven). [Nanotechnologie 26 (2015) 385401