Reactie met zuurstof maakt atomaire draden langer

 
Om elektronische onderdelen, in bijvoorbeeld computers, steeds sneller te maken, moeten ze steeds kleiner gemaakt worden. Omdat alles in de natuur uit atomen bestaat is er een natuurlijke limiet die bepaalt hoe klein je een onderdeel uiteindelijk kunt maken: de afmeting van één atoom. Wetenschappers over de hele wereld zijn al jaren bezig om de elektrische eigenschappen van afzonderlijke atomen en moleculen te bepalen. Een zeer succesvolle techniek om de geleiding door één atoom te kunnen meten is de zogenaamde mechanisch controleerbare breekjunctie. Simpelweg komt het erop neer dat een dunne draad van een bepaald metaal op een buigbaar plaatje wordt gelijmd, dat vervolgens wordt gebogen waardoor de draad uit elkaar wordt getrokken. Dit kan met een enorme precisie gebeuren en met zeer hoge stabiliteit zodat uiteindelijk een contact van slechts één atoom gemaakt kan worden.

Atomaire draden maken
Enkele jaren geleden hebben onderzoekers van het Kamerlingh Onnes Laboratorium van de Universiteit Leiden met financiële steun van de Stichting FOM ontdekt dat een drietal metalen (te weten goud, platina en iridium) de eigenschap hebben om draden te vormen van slechts één atoom in diameter. Deze atomaire gouddraden zijn een bijna perfecte geleider in de zin dat ze een geleiding van één geleidingsquantum hebben. Dat betekent dat ze op atomaire schaal elektronen met een efficiëntie van bijna 100% geleiden. In de toekomst zouden atomaire draden gebruikt kunnen worden in de nanotechnologie om atomaire elektronische componenten met elkaar te verbinden. Helaas zijn draden langer dan ongeveer zeven atomen nog niet mogelijk. Verder moeten de draden bij zeer lage temperaturen (-269°C) gemaakt worden omdat ze alleen bij die lage temperatuur stabiel zijn. Het is natuurlijk niet erg praktisch en heel duur wanneer een elektrisch circuit continu op zulke lage temperaturen gehouden moet worden.

Met zuurstof steviger en ook bij andere metalen
Onlangs hebben FOM-onderzoeker Robert Thijssen en de Leidse onderzoekers Daniel Marjenburgh, Rolf Bremmer en Jan van Ruitenbeek, allen verbonden aan het Kamerlingh Onnes Laboratorium, ontdekt dat het toelaten van zuurstof tot atomaire draden van goud en het verhogen van de temperatuur naar -230°C de lengte van de draden kan laten toenemen tot 10 atomen, terwijl de draden nog steeds bijna 100% transparantie voor elektronen hebben. Zuurstof heeft een verstevigend effect op de gouddraden. Geheel onverwacht kwam deze ontdekking echter niet. Berekeningen gedaan door Deense en Braziliaanse wetenschappers hadden een dergelijk verstevigend effect al voorspeld wanneer zuurstofatomen in de atomaire ketens worden opgenomen. De chemische binding tussen een goud- en een zuurstofatoom is namelijk sterker dan de binding tussen twee goudatomen. De grootste verrassing kwam echter toen bleek dat zuurstof toegevoegd aan zilver plotseling ook lange draden doet ontstaan. Dit is erg bijzonder want zilver vormt, in tegenstelling tot goud, zonder zuurstof géén atomaire draden. Soortgelijke resultaten werden vervolgens ook gevonden voor koper, dat zonder zuurstof ook geen draden vormt.

Toekomst
Om deze atomaire draden in de toekomst daadwerkelijk te gebruiken in de nanotechnologie is echter nog jaren onderzoek nodig. Wetenschappers zullen talloze eigenschappen van de draden moeten bestuderen, zoals hun elektrische geleiding en hun mechanische stabiliteit. Deze fundamentele eigenschappen zullen goed begrepen moeten worden om in de toekomst betrouwbare elektronische componenten te kunnen maken. In Leiden gaat het onderzoek naar deze atomaire draden daarom ook gestaag door.

Meer informatie bij drs. W.H.A. Thijssen, Kamerlingh Onnes Laboratorium, Universiteit Leiden, telefoon (071) 527 18 97, fax (071) 527 54 50.