Je leest:

Dun metaaldraad liefst zeshoekig

Dun metaaldraad liefst zeshoekig

Auteur: | 15 november 2001

Dunne draadjes van het metaal natrium, met een doorsnede van enkele atomen, nemen het liefst een zeshoekige vorm aan, zo blijkt uit Leids onderzoek.

Extreem dunne metalen draden hebben niet zomaar een ronde doorsnede, maar nemen op het dunste punt het liefst een zeshoekige vorm aan. Dat schrijven Leidse natuurkundigen A. Yanson, I. Yanson en prof.dr. J. Ruitenbeek in het wetenschappelijke tijdschrift ‘Physical Review Letters’ van 19 november.

Om superdunne draadjes van metalen als goud, natrium en kalium te maken en te onderzoeken, hebben de natuurkundigen een eigen draadjestrekinstallatie. Hierin worden twee stukken metaal in een vacuüm tegen elkaar geklemd op een buigzame ondergrond. Wanneer deze in het midden langzaam omhoog wordt geduwd, worden de twee stukken metaal uit elkaar getrokken, waarbij draadjes getrokken worden.

De steeds dunner wordende draadjes bereiken hierbij soms de doorsnede van één atoom, voordat ze breken. De elektrische geleiding van de draad, en daarmee de weerstand, hangt af van het dunste stukje in de draad: hoe dunner de verbinding, hoe hoger de weerstand. Die toename gaat in discrete sprongen: sommige weerstandswaarden hebben een duidelijke voorkeur. De natuurkundigen brachten deze voorkeursweerstanden in kaart door duizenden draadjes te trekken, waarbij ze de gemeten elektrische weerstanden turfden.

Voor heel dunne draadjes zijn deze voorkeursgeleidingen nog wel te verklaren uit het gedrag van de elektronen in het draadje. Die worden beschreven door de quantummechanica. Maar voor het begrijpen van de voorkeursgeleidingen in iets dikkere draden moet de schikking van de atomen erbij worden gehaald. Bij metalen als natrium zijn de atomen te beschouwen als plakkerige knikkers, die bij het uitrekken liefst zo dicht mogelijk tegen elkaar blijven zitten, en zo weinig mogelijk oppervlak aan de buitenwereld blootstellen.

Elektronenmicroscopische foto van typische zeshoekige nanoclusters van goudatomen [Purdue University]

Volgens deze theorie hebben doorsneden met een zeshoekige vorm de voorkeur. Die levert voor het draadje het minste buitenoppervlak op. Perfecte zeshoekige dwarsdoorsneden bestaan uit 7, 19, 37, 61 en hogere aantallen atomen, volgens een vaste formule. De weerstandswaarden die bij deze doorsneden horen, bleken inderdaad de voorkeur te hebben. De dunne draden nemen in de lengte dus de gedaante aan een soort zeshoekig kristal.

Naast de voorkeurswaarden die horen bij perfect zeshoekige doorsneden, zagen de natuurkundigen tussen deze pieken steeds vijf – iets minder sterke – voorkeursweerstanden. Die horen bij de dwarsdoorsneden die je krijgt als de opeenvolgende facetten van de perfecte zeshoek opgevuld worden met atomen.

Dit artikel is een publicatie van Mare - Universiteit Leiden.
© Mare - Universiteit Leiden, alle rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 15 november 2001
NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.