Joost Frenken wint Jacob Kistemaker-Prijs
De Jacob Kistemaker-Prijs van de Stichting FOM is toegekend aan de Leidse hoogleraar prof.dr. J.W.M. (Joost) Frenken. Hij krijgt de prijs voor de ontwikkeling van specifieke en uiterst geraffineerde rastertunnelmicroscopie waarmee hij baanbrekend onderzoek deed. Door zijn instrumenten op de markt te brengen laat Frenken collega-wetenschappers, ook buiten de natuurkunde zoals in de chemie en de biologie, profiteren van zijn technologische hoogstandjes. De prijs die bestaat uit een oorkonde en een vrij te besteden bedrag van vijftienduizend euro zal later dit jaar worden uitgereikt.
Frenken is hoogleraar Grensvlakfysica aan de Universiteit Leiden. Samen met zijn medewerkers heeft hij het concept van de rastertunnelmicroscoop of scanning tunneling microscope (STM) verder ontwikkeld en vervolmaakt, met name voor het gebruik onder moeilijke omstandigheden. Hij heeft zich daarbij specifiek toegelegd op de dynamische eigenschappen van oppervlakken. Kenmerkende eisen waaraan de instrumenten moesten voldoen zijn hoge snelheid, variabele temperatuur en werking bij een hoge, of juist zeer lage druk, of een combinatie van deze factoren. Dit is alles samen zo moeilijk, dat een van de betrokken onderzoekers het eens vergeleek met een rodeorijdende cowboy op een wild paard die tegelijk een draad door het oog van een naald moet steken. "Voor alle drie elementen (druk, temperatuur, snelheid)," schrijft de jury in haar toelichting, "was een substantiële technologische sprong voorwaarts vereist gezien de extreme condities voor gevoeligheid en stabiliteit die horen bij waarneming op nanometerschaal."
Unieke instrumenten
Een STM werkt ongeveer zoals een ouderwetse platenspeler. Een uiterst fijn naaldje – de tip - tast een oppervlak atoom voor atoom af en kan zo een heel precies beeld produceren van dit oppervlak. De eerste rastertunnelmicroscoop werd in 1981 ontwikkeld en de bedenkers – Gert Binnig en Heinrich Rohrer - kregen er vijf jaar later de Nobelprijs voor natuurkunde voor. Sindsdien is er een imposante 'familie' van variaties op dit instrument ontstaan, die onder de naam Scanning Probe Microscopes (SPM) samengevat wordt.
Frenken heeft met zijn team van onderzoekers en technici verschillende SPM-systemen gebouwd die elk uniek zijn op hun terrein. Dankzij hen bestaat er nu niet alleen een ultrasnelle, variabele temperatuur-STM waarmee oppervlakken onder UHV-modelomstandigheden (ultrahoog vacuüm, dus lage druk) onderzocht kunnen worden, maar ook een speciale STM voor een veel realistischer omgeving met atmosferische (hoge) druk. Dit is de zogenoemde reactor-STM, waarbij alleen de tip en een stukje van het te onderzoeken materiaal zich binnen een miniatuurreactor bevinden en de rest van de STM niet.
Daarnaast hebben zij een ultrasnelle versie van een Atomic Force Microscope (AFM) in ontwikkeling, waarmee ook niet-geleidend materiaal te onderzoeken is en die vooral voor biologisch onderzoek wordt gebruikt. Een variant daarop is de FFM – de Friction Force Microscope – waarmee Frenken het onderzoek op het gebied van de nanotribologie (wrijvingskrachten op atoomschaal) een stuk vooruit kon helpen. Het spin-offbedrijf Leiden Probe Microscopy houdt zich momenteel met succes bezig met de commercialisering van de nieuwe generatie SPMs.
Wetenschappelijke doorbraken
De jury roemt de wetenschappelijke doorbraken die Joost Frenken heeft kunnen realiseren door de zelfontwikkelde instrumentatie in te zetten. Met de nieuwe, uiterst geavanceerde apparatuur kon hij bijvoorbeeld aantonen hoe een katalysator al doende zijn eigen effectiviteit beïnvloedt. Dat leverde belangrijke informatie op voor de katalysatorindustrie en de auto-industrie. Het was zijn onderzoeksgroep die de primeur had bij het waarnemen van de razendsnelle beweging die door ontbrekende atomen in het oppervlak van een metaalkristal veroorzaakt wordt, als ging het om een 'atomaire schuifpuzzel'. In groot contrast tot wat algemeen werd gedacht, gebeurt dit ook bij kamertemperatuur.
Frenken kon als eerste met zijn apparatuur ruimtelijke beelden waarnemen van oppervlakteverruwing. Hij combineerde de hoge-snelheid, variabele-temperatuur STM met patroonherkenning van STM-beelden. Ook weer als eerste heeft hij in situ STM-waarnemingen gedaan van de groei van een dunne polykristallijne metaalfilm tijdens het verhogen van de temperatuur van het metaal. Onlangs nog vond Frenken door nanotribologie-experimenten met grafietvlokjes in een FFM het bewijs voor 'supersmering'- het vrijwel geheel verdwijnen van de wrijvingskracht.
CV van de prijswinnaar
Joost Frenken (Amsterdam, 1958) brengt momenteel een sabbaticalperiode door aan het Fritz-Haber-Institut van de Max-Planck-Gesellschaft in Berlijn. Hij behaalde in 1982 cum laude zijn doctoraalbul aan de Universiteit van Amsterdam en promoveerde, ook cum laude, in 1986 aan de Universiteit Utrecht. Zijn promotieonderzoek voerde hij uit op het FOM-Instituut AMOLF in Amsterdam. Aansluitend werkte hij twee jaar als Alexander von Humboldt-fellow aan het Max-Planck-Institut für Strömungsforschung in Göttingen en korte tijd bij IBM in Yorktown Heights (VS). Daarna keerde hij terug naar AMOLF waar hij vanaf 1989 met een NWO-Huygensfellowship zijn eigen onderzoeksgroep kon starten. Hij ontwikkelde in die tijd de technieken en expertise die de basis gingen vormen van het nu bekroonde werk. In 1994 werd hij, naast zijn aanstelling op AMOLF, buitengewoon hoogleraar aan de Universiteit Leiden. Toen hij daar in 1996 gewoon hoogleraar werd, verhuisde hij zijn hele onderzoeksgroep van AMOLF naar het Kamerlingh Onnes Laboratorium in Leiden. Frenken ontving in 1996 een NWO-Pioniersubsidie en won enkele prestigieuze internationale prijzen. Tot eind 2004 was hij voorzitter van de FOM-werkgemeenschapscommissie Gecondenseerde Materie. Verder heeft en had hij zitting in een groot aantal internationale wetenschappelijke besturen en commissies.
De Jacob Kistemaker-Prijs
De Stichting FOM bekroont door middel van de driejaarlijkse Jacob Kistemaker-Prijs 'Nederlands werk op het gebied van de natuurkunde dat het meest dienstbaar is aan andere wetenschappen, aan de techniek, aan de industrie of aan de samenleving in het algemeen'. FOM wil daarmee het belang onderstrepen dat zij hecht aan maatschappelijk georiënteerd fundamenteel natuurkundig onderzoek, dat kan leiden tot toepassingen en innovatie.
De prijs bestaat sinds 1982 en is vernoemd naar prof.dr. J. Kistemaker. De jury van de Jacob Kistemaker-Prijs 2006 bestond uit prof.dr. H.E.A. van den Akker, prof.dr.ir. P. Bergveld, prof.dr.ir. D.C. Schram en prof.dr. L.T. Young (voorzitter).
Voor meer informatie kunt u contact opnemen met prof.dr. Joost Frenken, telefoon: +49 308 41 34 826 (mobiel +49 1766 40 08 960), e-mail: Joost Frenken
De prijs wordt naar verwachting eind augustus 2007 uitgereikt.
Zie ook de bijgevoegde achtergrondinformatie over het onderzoek.