Betere controle van nanodraadjes

Jorden van Dam richtte zich tijdens zijn promotie-onderzoek op halfgeleidende nanodraden. Dit zijn extreem dunne draadjes (1-100 nanometer dik) van bijvoorbeeld het materiaal indiumarsenide die superieure elektronische eigenschappen bezitten. De integratie van deze hoogwaardige nanodraden met de nu gangbare siliciumtechnologie biedt in de toekomst waarschijnlijk interessante mogelijkheden om onze elektronica te verbeteren.

De afgelopen jaren zijn volgens Van Dam al veel mogelijke toepassingen van halfgeleidende nanodraden aangetoond, zoals in lasers, transistoren, led’s en biochemische sensoren. Philips is een van de bedrijven die intensief onderzoek doen naar de mogelijkheden van halfgeleidende nanodraden in concrete toepassingen.



Van Dam, die tijdens zijn promotie-onderzoek al (als mede-auteur) publiceerde in Nature en Science, wist in een halfgeleidende nanodraad een zogenoemde kwantumdot te maken (dit bij extreem lage temperaturen). Deze kwantumdots kunnen worden gezien als kunstmatige atomen en zouden in de verre toekomst de bouwstenen kunnen worden voor supersnelle kwantumcomputers.

In een kwantumdot kan men vervolgens een aantal elektronen ‘opsluiten’. Het fraaie aan het onderzoek van Jorden van Dam is de volledige controle die hij heeft weten te verkrijgen over het aantal elektronen dat zich in de kwantumdot bevindt. Hij kan dit aantal naar believen sturen, door middel van een externe aangebrachte spanning.

Cruciaal voor de extreme mate van controle die Van Dam heeft bereikt, is de kwaliteit (bijvoorbeeld de zuiverheid) van de nanodraden, die werden geleverd door Philips. Het is vooral de kwaliteit van het gebruikte materiaal (draden en elektrodes) die tijdens het onderzoek van Van Dam sterk is verbeterd.



Het onderzoek leverde vervolgens ook nieuwe fysische waarnemingen op. Van Dam wist in de verbeterde nanodraden namelijk voor het eerst een (theoretisch al voorspelde) afwijkend type superstroom te realiseren en te observeren (superstroom is de stroom die ontstaat bij supergeleiding). In een kwantumdot passeren elektronen normaal één voor één. Bij supergeleiding gebeurt de passage van elektronen echter in tweetallen. Van Dam heeft nu, met behulp van supergeleidende elektrodes, in de kwantumdot een superstroom gerealiseerd, waarbij de gepaarde elektronen één voor één passeren.

Tevens nam Van Dam onder bepaalde omstandigheden een omkering van de richting van de superstroom waar. Deze omkering is door hem te sturen door het aantal opgesloten elektronen in de kwantumdot te variëren. Daarmee heeft de Delftse promovendus een in hoge mate controleerbare supergeleidende schakeling in halfgeleidende nanodraden gerealiseerd.