Stel je een vioolsnaar voor, maar dan eentje die 800 miljoenste van een millimeter lang is en nog eens honderd keer zo dun. Hang die snaar dan op tussen twee punten, en breng hem gecontroleerd in trilling. Dat is wat Delftse onderzoekers onlangs hebben klaargespeeld, en ze konden ook nog eens het minimale verschil in trillingsfrequentie meten dat ontstaat als er een enkel extra elektron op de snaar wordt toegelaten. Dit kunststukje leverde ze een publicatie op in het toonaangevende tijdschrift Science.
De ‘vioolsnaar’ is in werkelijkheid een koolstof nanobuisje. Zo’n buisje maak je door een enkel velletje grafiet (een vorm van koolstof waar potloden van gemaakt zijn) op te rollen. Het is een bijzonder materiaal waarvan de elektronische eigenschappen al talloze toepassingen hebben gevonden. De Delftse nanobuisjes zijn op een geavanceerde manier schoongemaakt, waardoor ze in april van dit jaar al beroemd werden als de eerste nanobuisjes die losse elektronen kunnen vangen.
Een nanobuisje dat wordt opgehangen kan in trilling worden gebracht met een hele hoge frequentie. Dat doe je door een wisselspanning aan te sluiten op de twee kanten van het buisje. De trilsnelheid kan heel precies gemeten worden. Met de geavanceerde apparatuur van de Delftse onderzoekers kan dat zelfs zó precies, dat er een verschil te zien is tussen de trilsnelheid van een nanobuisje met en zonder een extra elektron. Daarvoor moest de opstelling wel tot vlak bij het absolute nulpunt (273 graden onder nul) worden afgekoeld.
Op dit filmpje is de trillingsfrequentie van het nanobuisje te zien en te horen. Er worden elektronen in het buisje toegelaten, bij ieder ‘dipje’ in de frequentie is dat er één.
Het is natuurlijk een huzarenstukje om een systeem te bouwen dat zulke precieze metingen kan doen, maar de Delftse nanobuisjes kunnen ook nog nuttig worden ingezet. Ze zijn interessant voor de ontwikkeling van Nano Electro Mechanical Systems (NEMS): piepkleine schakelaartjes en meetinstrumentjes die op allerlei plaatsen kunnen worden ingezet. Nu al wordt de voorganger van NEMS, MEMS (met de M van Micro), gebruikt in allerdaagse systemen zoals airbags. Volgens de Delftse onderzoekers is het een kwestie van tijd voordat de microscopisch kleine systeempjes zullen worden vervangen door de nog kleinere en preciezere nanosysteempjes. Hun trillende buisjes kunnen daar alvast een component voor zijn.
Zie verder:
- Nanobuisjes bruikbaar als elektronenval
- Nanobuisjes: De ultieme bouwblokken (Kennislinkartikel van Explore Magazine)
- Goud wegen op nanoschaal (Kennislinkartikel)
- Nanobuisjes maken mini-luidspreker mogelijk (Kennislinkartikel)
- Nanobuisjes in imitatie-gekkovoet (Kennislinkartikel)
- Dossier nanotechnologie