Topologische materialen geven nieuwe draai aan elektronica

Maat: px

Weergave met pagina beginnen:

Download "Topologische materialen geven nieuwe draai aan elektronica"

Bart Jansen
7 jaren geleden
Aantal bezoeken:

1 Topologische materialen geven nieuwe draai aan elektronica Topologische isolatoren zijn materialen die zowel eigenschappen van geleiders als van isolatoren bezitten. Doordat de elektronenbanden in deze systemen in de knoop zitten, moeten de elektronen aan de randen van het materiaal andere banen volgen. De twist in de elektronenbanden levert volgens programmaleider prof.dr. Mark Golden (UvA) nieuwe en uiterst spannende fysica op. Het FOM-programma is gericht op het creëren, onderzoeken en controleren van 2D en 3D topologische isolatoren. Uiteindelijk kan deze kennis leiden tot energie-efficiënte spintronica en een krachtig platform voor topologische quantum computation. Programmaleider Mark Golden: "Wij combineren theoretische en experimentele kennis om systemen te ontwikkelen die gebaseerd zijn op topologische elektronische toestanden. Zo hopen we ook als eerste de prachtige theoretische voorspellingen in dit veld te kunnen realiseren." Het programma bundelt de krachten van universitaire onderzoeksteams uit Amsterdam, Leiden, Delft en Twente. Gedraaide elektronenbanden.net als de Trefoil knoop (rechts) bezitten de elektronenbanden van topologische isolatoren een draai die ze van gewone toestanden zoals de lus (links) onderscheid. Op het grensvlak van een topologische en een gewone isolator moet de knoop in de bandenstructuur open geknipt worden, met geleidende edge states (geel) als gevolg.

2 Een kijkje in de levende cel Met single-molecule fluorescentie kan de dynamiek van een cel in kaart worden gebracht. Maar deze techniek heeft twee grote beperkingen: de huidige fluorescerende labels zijn optisch niet stabiel, waardoor ze maar een fractie van een seconde gevolgd kunnen worden, en grotere labels belemmeren het functioneren van de cel. Een onderzoeksteam onder leiding van dr.ir. John van Noort (LEI) stelt voor om de cellen te bestuderen met gouden nanostaafjes. Hiermee kunnen volgens hen beide problemen verholpen worden. De gouden staafjes geven duidelijke optische signalen af die niet knipperen of uitdoven. En de staafjes kunnen zonder schade aan te richten door de cel bewegen, aangezien ze niet veel groter zijn dan een flink eiwit. Het team bestaat uit onderzoekers van verschillende afdelingen van het Cell Observatory van de Universiteit Leiden. Van Noort: "In dit project brengen we technische, fysische, chemische en biologische kennis bij elkaar. De een weet veel van spectroscopie, de ander van celdynamiek en een derde heeft de chemische expertise die nodig is om de gouden deeltjes te construeren. Door onze krachten te bundelen kunnen we aan de slag met de meest relevante uitdagingen in de celbiologie en biofysica." De nieuwe imaging-methode levert volgens Van Noort spectaculaire mogelijkheden voor de biologische fysica. Gouden nanostaafjes. De staafjes van enkele tientallen nanometers kunnen vrij door de cel bewegen en zullen gebruikt worden om specifieke eiwitten te kleuren. De nanostaafjes zijn zo helder dat hun positie met enkele nanometers nauwkeurigheid gevolgd kan worden gedurende tientallen minuten. Hierdoor is het mogelijk individuele moleculen in een levende cel langdurig te volgen en daarmee de processen die ze ondergaan op moleculaire schaal in kaart te brengen. Het is zelfs mogelijk om de goudstaafjes met sterk gefocusseerd licht te op te pakken en te verplaatsen. In dit FOM-programma wordt onderzocht hoe deze technieken in de cel kunnen worden toegepast.

3 Quantumdynamica van mechanische systemen: een nieuwe kruisbestuiving Quantumdynamica van mechanische systemen op nano- en microschaal leidt tot nieuwe inzichten in de fundamentele vraag hoe de klassieke natuurkunde met de quantummechanica samengaat. Dit FOM-programma bevat zowel theorie als experimenten op het gebied van mechanica, quantumoptica, grafeen, spin-manipulatie, supergeleidende qubits, magnetische nanostructuren en de ultra-lage temperatuurfysica. Een onderzoeksteam onder leiding van programmaleider prof.dr. Tjerk Oosterkamp (LEI) gaat hiermee de komende vijf jaar aan de slag aan de Universiteit Leiden en de Technische Universiteit Delft. Programmaleider Oosterkamp is zeer verheugd: "Een gouden kans om nu in de combinatie van deze zich snel ontwikkelende vakgebieden aan de slag te gaan en op volle sterkte te kunnen pionieren! In de afgelopen jaren hebben mechanische resonatoren zich ontpopt tot een veelbelovende kandidaat als quantumtransducers tussen vrijwel elk paar quantumsystemen. De meeste krachten zijn makkelijk te vertalen naar mechanische beweging en andersom. Experimenteel is enorme vooruitgang geboekt, door betere nanotechnieken en nieuwe materialen met opmerkelijke mechanische eigenschappen. Dat is veelbelovend!" Electronenmicroscopische foto van een koolstof nanobuis. De nanobuis overbrugt de afstand tussen twee electrodes. Een dergelijke trillende nano-mechanische snaar zal gebruikt worden om verschillende qubits aan elkaar te koppelen.

4 Barrières in het brein: de moleculaire fysica van leren en het geheugen Receptoreiwitten in synapsen maken het contact tussen hersencellen mogelijk en spelen daardoor een cruciale rol bij leren en het geheugen. De basale, fysische processen die de sterkte van de contacten reguleren, zijn niet goed bekend. Doel van het nieuwe FOM-programma is het ontrafelen van deze fysische principes, met name de processen die zorgen voor de lokalisering van de receptoren in een zeer dynamische en ruimtelijk beperkte omgeving. Het onderzoek staat onder leiding van dr.ir. Erwin Peterman (VU) en vindt plaats aan de Vrije Universiteit, de Universiteit Utrecht, Universiteit Leiden en de Technische Universiteit Eindhoven. Erwin Peterman:"Dit programma stelt ons in staat om dit fascinerende en complexe vraagstuk aan te pakken met een multidisciplinaire benadering: van theoretische fysica van zachte materie, via biofysica aan modelsystemen en cellen, tot neurobiologie." De nek en spine van een synaps. Het ontvangende eind van een synaps, de zogenaamde spine, is een champignonvormige uitstulping die met een nauwe 'nek' is verbonden aan de uitloper van een hersencel. Dit onderzoeksprogramma is gericht op drie kernvragen over de vorm en samenstelling van de spine en hoe deze aspecten het transport van de ontvangende receptoren beïnvloeden.

5 Licht roeren Om licht te gebruiken voor bijvoorbeeld televisies of zonnecellen moet het worden omgezet in bruikbare energie. Dit kan een andere kleur licht zijn of, zoals in zonnecellen, elektrische energie. Maar hoe doe je dat zo efficiënt mogelijk? In dit FOM-programma 'roeren' onderzoekers lichtgolven door nanofotonische media, om de absorptie en de verwerking van lichtgolven te optimaliseren. Het team bestaat uit zowel experimentele, theoretische als toegepaste onderzoekers van vijf Nederlandse universiteiten en het FOM-instituut AMOLF. Programmaleider prof.dr. Willem Vos (UT) licht toe: "We gaan uit van twee verrassende standpunten in de optica. Ten eerste dat de verstrooiing van licht niet hoeft te resulteren in het 'kwijtraken' van licht. Ons team heeft aangetoond dat een verstrooiende lens het licht beter focust dan een conventionele lens. Verstrooiing kan dus zelfs energie concentreren. Ten tweede kunnen we absorptie van licht beheersen. Absorptie was altijd een lastig fenomeen, aangezien de lichtdeeltjes op willekeurige momenten door een materiaal opgeslokt worden. Maar als je dit proces gericht kunt aansturen, dan kun je er listig gebruik van maken!" Optimale lichtabsorptie met 'geroerd' licht.

Vergelijkbare documenten

Cover Page. The handle holds various files of this Leiden University dissertation

Cover Page. The handle holds various files of this Leiden University dissertation Cover Page The handle http://hdl.handle.net/1887/28966 holds various files of this Leiden University dissertation Author: Heeres, Erwin Title: Manipulating carbon nanotubes towards the application as novel