Palladiumatomen gevangen in dunste spleet ter wereld

Onderzoekers van de Technische Universiteit Delft zijn er onlangs als eerste ter wereld in geslaagd om klontjes metaalatomen van niet meer dan enkele nanometers te vangen tussen twee elektroden.

Hierdoor wordt het mogelijk om zulke kleine deeltjes gecontroleerd op een oppervlak neer te leggen, waar deze vervolgens als nanoschakelaar dienst kunnen gaan doen. Maar ook wetenschappelijk bezien biedt de nu ontwikkelde techniek opwindende mogelijkheden. Zo kon de passage van afzonderlijke elektronen over deze elektroden worden bestudeerd, waarbij zich quantummechanische effecten voordeden, die nog nooit eerder samen waren waargenomen (Applied Physics Letters, 1 september).

Om de palladium-clustertjes te kunnen vasthouden, moesten er eerst twee elektroden op heel korte afstand van elkaar worden gefabriceerd. Daartoe werd met behulp van een elektronenbundel in een laagje halfgeleidermateriaal (siliciumnitride) een dunne spleet uitgeëtst, waarvan de breedte op één punt niet meer dan 20 nanometer bedroeg. Vervolgens werd over een veel breder stuk de hele ondergrond van siliciumoxide weggehaald, waardoor er een klein bruggetje ontstond. Tenslotte werd het geheel nog bedekt met platina om de elektroden geleidend te maken. Zo bleef in sommige gevallen een spleetje over van zo'n 3 tot 4 nanometer, wat volgens de onderzoekers een wereldrecord betekende.

Deze structuur werd in zijn geheel blootgesteld aan een oplossing waarin zich de klontjes palladium bevonden. Door een spanning over de elektroden aan te leggen, kan er gemakkelijk een worden gevangen. Omdat er dan direct een stroom gaat lopen, neemt het elektrisch veld zo veel af dat alle andere clustertjes worden tegengehouden. Hoewel de meeste experimenten aan palladium werden uitgevoerd, is de methode veel breder toepasbaar: men is er bijvoorbeeld ook al in geslaagd om (koolstof) buckybuisjes en stukjes geleidend polymeer te vangen. Voorwaarde is alleen dat de moleculen polariseerbaar zijn, dat wil zeggen dat de ladingen in zo'n molecuul in zekere mate van elkaar kunnen worden gescheiden. Alleen in die toestand kunnen de bolletjes tussen de elektroden worden vastgehouden.