Ik wil graag meten, begrijpen en voorspellen hoe energie, lading en massa voortbewegen in (nano)materialen. Dit is een veelzijdig onderwerp, relevant voor de werking van allerlei typen materialen voor allerlei toepassingen. We ontwikkelen experimentele methoden, veelal gebaseerd op tijdsopgeloste optische microscopie en spectroscopie, en gebruiken de resultaten om fysische modellen te testen of op te stellen. Dit is nodig voor de ontwikkeling van nieuwe (nano)materialen met unieke eigenschappen.
Enkele voorbeelden van recente onderzoeksonderwerpen:
(1) Energieoverdracht in materialen gedoteerd met zeldzame aarden. Veel van de zeldzame-aardelementen absorberen en genereren zichtbaar licht. Dit maakt ze bruikbaar voor sensoren, lasers, schermen en allerlei andere toepassingen. De actieve component is vaak een materiaal waarin twee of meer typen zeldzame- aardelementen een specifieke rol vervullen: het ene absorbeert licht, draagt zijn energie over naar het andere, en het andere element zendt licht uit. Wij onderzoeken deze overdracht van energie experimenteel en ontwikkelen er wiskundige modellen voor.
(2) Eigenschappen van individuele nanokristallen. Nanokristallen worden typisch gemaakt via chemische syntheses. Deze leveren vele nanokristallen tegelijk op, die allemaal net anders zijn in grootte, vorm en samenstelling. Dit zorgt voor variaties in eigenschappen, die uiteindelijk ook de algehele eigenschappen van het geheel van nanokristallen bepalen. Om de ontwikkeling van betere nanokristallen te sturen moeten we de variaties in eigenschappen begrijpen. Wij bestuderen individuele nanokristallen, door bijvoorbeeld de kleur van elk uitgezonden foton of het moment van uitzenden precies te meten. Zulke experimenten zijn niet makkelijk, want een individueel nanokristal levert maar weinig signaal.
(3) Diffusie van moleculen. Heterogene katalysatoren maken de productie van chemicaliën en materialen energie-efficiënter doordat ze chemische reacties versnellen. De katalysator bestaat vaak uit een complex netwerk van poriën, waardoorheen moleculen bewegen om de plek te bereiken waar reacties plaatsvinden. Het ontwerp is als een wegennetwerk, bestaande uit een combinatie van wijde en nauwe wegen. Er is nog weinig bekend over de paden die moleculen afleggen in zo’n netwerk. Wij volgen de beweging van individuele fluorescente moleculen met microscopie om zo te begrijpen hoe we hun beweging kunnen versnellen.