Moleculaire elektrische geleiding onverwacht anders op nanoniveau

In een halfgeleidende koolstof nanobuis van minuscule afmetingen (een diameter van een miljoenste millimeter) is de lading niet gelijkmatig verdeeld maar verspreidt deze zich over kleine ladingseilandjes. Dit concluderen natuurkundigen dr. Sander Tans en prof.dr. Cees Dekker van de sectie Quantum Transport van de TU Delft in een artikel in Nature dat donderdag 20 april is verschenen. Een onverwachte ontdekking in een door FOM gefinancierd onderzoek. Dekker: "Dit inzicht is van belang als geleidende nanobuizen uiteindelijk zullen worden toegepast in elektronische circuits."

Nanobuisjes bestaan uit een aaneenschakeling van zeshoeken van koolstofatomen. Deze moleculaire buisjes beschikken over geleidende eigenschappen en dat maakt ze in de toekomst interessant voor allerlei nano-elektronische toepassingen. Dekker: "We hadden al een transistor gemaakt van een enkel nanobuismolecuul en wilden nu weten hoe de spanning verandert over de lengterichting van de buis. Zo'n spanningsprofiel helpt je de werking van de nanobuistransistor te begrijpen."

Tans en Dekker brachten een spanningsverschil aan tussen beide uiteinden van het nanobuisje waardoor elektronen door het buisje werden getransporteerd. Door met een 'atomic force microscope' op een aantal punten het spanningsveld te meten, ontdekten de twee Delftse onderzoekers dat er lokaal allerlei spanningsverschillen waren. Dekker: "Het blijkt nu zo te zijn dat de lading zich ophoopt op kleine eilandjes die ongeveer 40 nanometer van elkaar verwijderd zijn. Dat hadden we niet verwacht. De elektronen springen kennelijk van punt naar punt en zorgen op deze manier voor de geleidende capaciteiten van een nanobuis."

Volgens Dekker zijn we nog ver verwijderd van een echte toepassing, maar het Delftse onderzoek is wel een eerste stap in het ontrafelen van het hoe en waarom van de geleiding van nanobuizen. Eén van de volgende problemen waarop de Delftse onderzoeksgroep op korte termijn in zal gaan, is de vraag waarom de lading in het nanobuisje in eilandjes 40 nanometer van elkaar gaat zitten. Dekker: "Natuurlijk staan er ook op de lange termijn nog vele interessante vragen open. In de toekomst gaan we onder meer onderzoeken hoe de elektrische geleiding van het nanobuisje wordt beïnvloed door mechanische vervormingen, bijvoorbeeld door een knik in de buis. Nieuwe technieken maken het mogelijk om gecontroleerd deze zeer kleine buisjes te knikken."

Voor meer informatie over dit onderwerp kan men contact opnemen met prof.dr. Cees Dekker, sectie Quantumtransport, Technische Natuurkunde, TU Delft, tel.: (015) 278 60 94, fax: (015) 261 78 68, of met Maarten van der Sanden, wetenschapsvoorlichter, Communicatie & Marketing Groep, TU Delft, tel.: (015) 278 54 54, fax: (015) 278 18 55.