Dit is een artikel uit het NRC-archief De artikelen in het archief zijn met behulp van geautomatiseerde technieken voorzien van metadata die de inhoud beschrijven. De resultaten van deze technieken zijn niet altijd correct, we werken aan verbetering. Meer informatie.
Bekijk hele krant

NRC Handelsblad

Politiek

Draadjeslaser

Elektronenmicroscopische opname van nanodraadjes, hier nog op hun ondergrond, die fungeren als minilasertjes. Rechts een interferentiepatroon dat ontstaat als lichtgolven uit de uiteinden van een los draadje elkaar ontmoeten. Foto’s FOM
Elektronenmicroscopische opname van nanodraadjes, hier nog op hun ondergrond, die fungeren als minilasertjes. Rechts een interferentiepatroon dat ontstaat als lichtgolven uit de uiteinden van een los draadje elkaar ontmoeten. Foto’s FOM FOM

Een raamloze kamer in het Utrechtse Ornsteinlaboratorium. Een tafel met een laser, lenzen en een aan een beeldscherm gekoppelde microscoop. Het lijkt eerder een practicumopstelling dan een state-of-the-art experiment. In de schemer draait postdoc Sven Ruhle aan de knoppen. Langzaam verschijnen twee lichtpuntjes op het scherm, en vaag doemt een golfpatroon van licht en donker op, zoals van stenen in een vijver. “Kijk, daar is het”, zegt Ruhle’s baas, de Utrechtse hoogleraar Daniel Vanmaekelbergh enthousiast.

Het beeldscherm laat zien wat onder de microscoop gebeurt. Licht stroomt uit de uiteinden van een minuscuul draadje, krap tien micrometer (miljoenste meter) lang. Het heeft een specifieke golflengte, zo bewijst het golfpatroon, én de lichtgolven lopen met elkaar in de pas. Alleen zo kunnen ze combineren tot de afwisseling van licht en donker.

Anders gezegd: onder de microscoop ligt iets dat op een minuscule laser lijkt. Want het uitzenden van in de pas lopende lichtgolven is precies wat lasers doen.

De draadjes werden uit zinkdamp en zuurstof ‘opgekweekt’ op een ondergrond van saffier. Gewoon, in een simpele laboratoriumoven. “Maar het effect is zo robuust dat we het steeds op de meeste draadjes zien - ook al zitten daarin onregelmatigheden”, zegt Vanmaekelbergh. “Waarom? Dat weten we ook niet. Het lijkt een gift van boven.”

Van huis uit bedrijft de groep van Vanmaekelbergh chemie. Maar halverwege de jaren negentig raakten zij via de Amsterdamse fysici Ad Lagendijk en Willem Vos betrokken bij het onderzoek aan licht. Juist vanwege hun bedrevenheid om structuren te maken waarmee licht kan worden getemd. “Lichtmanagement, noemen wij dat”, zegt Vanmaekelbergh.

In dit geval begint het managen met ultraviolet laserlicht dat via lenzen op de zijkant van de draadjes valt. Een lichtgolf, zo weten we sinds Einstein, is ook een scherp gedefinieerd energiepakketje – een ‘deeltje’ zonder massa. Elektronen in een materiaal kunnen die energiepakketjes, mits van het goede formaat, absorberen. En ze kunnen omgekeerd hun extra energie uitzenden als licht.

Zoiets gebeurt in de draadjes. Alleen maken hun afmetingen (een diameter kleiner dan de golflengte) en halfgeleidereigenschappen er een collectief proces van. Lichtgolven en elektronen die energie geabsorbeerd hebben voegen zich naar elkaar. Gaan zich gedragen als een collectief – alsof zij samen één groot deeltje zijn (‘een exciton-polariton’, in vaktaal).

Het nettoresultaat: de uitgezonden lichtgolven lopen eveneens in de pas, in de lengterichting van het draadje. “En dat zien we nu dus”, zegt Vanmaekelbergh, wiens groep die resultaten onlangs beschreef in Physical Review Letters en Nano Letters.

Ook elders op aarde zijn de draadjes hot. Een uitdaging is om hetzelfde effect te bewerkstelligen met elektrische stroom. Maar echte lasers zijn de draadjes ook dan nog niet: hun dunne uiteinden laten het licht uitwaaieren. Terwijl een laserbundel priemend smal moet zijn. Misschien zullen ze dus vooral hun weg vinden als minuscule lichtbronnetjes en pixels.