NWO-I

NWO - Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek - print-logo

URL voor deze pagina :
https://www.nwo-i.nl/fom-historie/jaarverslagen/hoogtepunten/hoogtepunten2013/quantumeffecten-in-nanodraden-bij-kamertemperatuur-nr-128/

Geprint op :
14 december 2018
11:38:36

De onderzoekers van dit FOM-programma hebben voor het eerst quantumeffecten aangetoond in nanodraden van iridiumatomen. Deze effecten blijken ervoor te zorgen dat de nanodraden bijna altijd een veelvoud van 4,8 nanometer lang zijn. Quantumeffecten treden normaal gesproken alleen op bij extreem lage temperaturen, maar komen in deze nanodraden zelfs bij kamertemperatuur voor.

De metallische nanodraden, die twee atomen breed en een aantal atomen lang zijn, vertonen dankzij hun ééndimensionale karakter unieke fysische eigenschappen. Veel van deze eigenschappen zijn nauw verbonden met het feit dat elektron-elektron-interacties in één dimensie een veel belangrijkere rol spelen dan in twee of drie dimensies. Dat de nanodraden, die via kristalgroei op een halfgeleiderkristal zijn gegroeid, zelfs bij kamertemperatuur al quantumeffecten vertonen, is verrassend.

Zes of een veelvoud aan atomen
De quantumeffecten blijken de draden elektronisch te stabiliseren. Dit gebeurt alleen wanneer de draad precies zo lang is dat de golflengte van de geleidingselektronen in de draad een half keer, of een veelvoud daarvan, in de draad past. In dat geval ontstaan staande elektrongolven die de draad in stand houden. Dit gebeurt wanneer de draad precies zes (of een veelvoud van) iridiumatomen lang is. Dat komt overeen met een draadlengte van (een veelvoud van) 4,8 nanometer.

De onderzoekers brachten met behulp van een rastertunnelmicroscoop de ruimtelijke variaties in de elektronendichtheid met subatomaire nauwkeurigheid in beeld. Hun vermoeden bleek te kloppen: een nanodraad met een lengte van 4,8 nanometer laat precies in het midden van de draad een maximum zien in de elektronendichtheid en twee minima aan de beide uiteinden. Een nanodraad met een lengte van 9,6 nanometer vertoont twee maxima op een kwart en op driekwart van de draadlengte. De onderzoekers publiceerden deze resultaten in het vakblad Nature Communications.