Kleiner kan elektronica niet worden. Aan de universiteit van Leiden hebben natuurkundigen ragfijne platina draden aangesloten op één enkel atoom van nog geen nanometer dik. Oud nieuws, want al in 2002 publiceerde Van Ruitenbeek dat resultaat in het prestigieuze tijdschrift Nature. Nieuw is, dat Van Ruitenbeek’s promovendus Darko Djukic nu stroom door het gevangen waterstof kan sturen en zo allerlei details over het molecuul te weten komt. Een ijkpunt voor alle experimenten en theorieën in het vakgebied, stelt de universiteit in een persbericht. Djukic promoveert op 25 oktober op zijn onderzoek aan de Universiteit Leiden.

Hoe kleiner de apparatuur, hoe meer er op een chip past; vandaar dat computerontwerpers hun onderdelen steeds kleiner maken om zo de chips van meer rekenkracht te voorzien. De ondergrens aan zulke miniaturisatie is al een paar jaar in zicht. Als onderdelen eenmaal de afmeting van atomen en moleculen krijgen, in de buurt of onder de nanometer (miljardste meter) is het uit met de pret. Geen wonder dus dat natuurkundigen over de hele wereld willen weten hoe die kleinste bouwstenen stroom geleiden.

In de Leidse onderzoeksgroep werken de natuurkundigen met platinadraden van één atoom dik. Die maken ze door een al dunne draad platina langzaam uit elkaar te trekken en te breken. Op een gegeven moment zijn de twee onderdelen nog maar verbonden door de binding tussen twee atomen: de dunst mogelijke draad.

Van Ruitenbeek ontdekte in 2002 dat hij tussen de twee elektrodes andere moleculen kon vangen. Wordt de platinadraad stukgetrokken in een waterstofgas, dan kan een van die waterstofmoleculen (H₂, met twee protonen en twee elektronen het simpelste molecuul van allemaal) tussen de twee helften springen. Ook andere moleculen zijn zo te vangen, denkt de onderzoeker. Dat biedt perspectief op het vinden van de ideale moleculaire geleider, maar eerst moet het gedrag van de gevangen moleculen beter worden onderzocht.

Trillingen

Klein is ánders, zegt de kwantummechanica, de natuurkundige theorie van atomen en kleinere deeltjes. Door één molecuul kan stroom lopen, maar de geleiding werkt totaal verschillend dan die door een dikke draad materiaal. Promovendus Djarko Djukic ontwikkelde daarom een nieuwe techniek om de trillingen en kwantumtoestanden van zijn gevangen waterstof af te lezen aan de geleiding in zijn stroomkring. Zo bracht hij de eigenschappen van het molecuul in kaart. Beter nog: met zijn methode kan hij zonder voorkennis aflezen welke soort molecuul tussen de platina elektrodes hangt. Zijn resultaten kunnen nu als uitgangspunt voor verder onderzoek dienen.

Directe toepassingen van Djukic’s werk zijn er nog niet: voor er een echte chip van geleidende moleculen wordt gebouwd zijn nog jaren werk nodig. Zo worden de experimenten nu uitgevoerd in een vacuüm, vlak boven het absolute nulpunt van 273 graden onder nul. Ontwerpers hebben liever een apparaat dat bij normale druk en temperatuur werkt.