20 februari 2017

Celso de Mello Donega ontvangt NWO TOP-subsidie

Isolatie om halfgeleider-nanodraden voor ultrasnelle elektronica en quantumcomputers

Celso de Mello Donega (Debye Instituut) gaat onderzoek doen naar een nieuwe hybride methode om halfgeleider-nanodraden met een functionele schil te maken, met een combinatie van materialen die nog nooit eerder bestudeerd is. Donega ontvangt hiervoor samen met Erik Bakkers (TU Eindhoven) een NWO TOP-subsidie van 780.000 euro. De onderzoekers verwachten baanbrekende fundamentele kennis te leveren die ook bijdraagt aan het ontwikkelen van ultrasnelle elektronica, thermo-elektrische generatoren en quantumcomputers.

“Met nanodraden van bepaalde materialen kun je speciale deeltjes maken die je in quantumcomputers kunt gebruiken, genaamd Majorana-fermions”, legt Donega uit. “Die deeltjes hebben bijzondere eigenschappen: geen massa, geen spin, geen lading. Daardoor kunnen ze informatie heel lang bewaren want ze hebben geen interactie met hun omgeving.” Als je die draden ‘kaal’ gebruikt, verliezen ze echter informatie. Donega probeert daarom een laagje van een ander materiaal om de nanodraad heen te leggen: “Als isolatie om een koperdraad.”

Bijzondere eigenschappen

Door de samenstelling en nanoschaal-dimensies van de draad en het omhulsel slim te kiezen, krijgen de kern/schil nanodraden bijzondere eigenschappen die belangrijk zijn voor veel toepassingen zoals efficiëntere zonnecellen en LEDs, lasers, fotodetectoren, fotokatalysatoren en elektronica. Om het omhulsel goed te maken, zijn echter heel specifieke omstandigheden nodig. “Je hebt dezelfde kristalstructuur nodig als de draad zelf”, vertelt Donega. “Anders is het omhulsel te broos en brokkelt het af.” In het nieuwe project zal Bakkers nanodraden maken in zijn lab in Eindhoven, waarna de draden heel voorzichtig naar Utrecht vervoerd worden. Daar gaat Donega ze in een nieuwe microreactor voorzien van een omhulsel.

Unieke combinatie

De unieke combinatie van de expertise van Donega en Bakkers is buitengewoon geschikt om het onderzoek succesvol te maken. Bakkers is een wereldexpert in het maken van nanodraden via gasfasemethoden en Donega is een wereldexpert in het maken van colloïdale halfgeleidernanokristallen in vloeistoffase met controle op hun samenstelling, vorm en grootte. Met twee promovendi – één in Utrecht, één in Eindhoven – gaan Donega en Bakkers de komende vier jaar onderzoek doen.

Transmission Electron Microscopy (TEM) image of colloidal (Zn,Cd)Te/CdSe heteronanowires grown in solution in Donega Lab

Transmission Electron Microscopy (TEM) image of colloidal (Zn,Cd)Te/CdSe heteronanowires grown in solution in Donega Lab. The upper left inset shows a high-resolution TEM image of a single nanowire. The lower left inset shows a series of nanowire samples (2 nm diameter and ~100 nm long in all cases) with different compositions under UV illumination. The color of the photoluminescence can be tuned from green to red by simply changing the composition of the wire. [Nano Letters 12 (2012) 749].

Nanowires

a) Suspended membranes device to measure thermoelectric properties of a single nanowire. The membranes are bridged by a single nanowire. b) arrays of parallel nanowires grown by MOVPE (Metal-Organic Vapor Phase Epitaxy) in Bakkers Lab (TU Eindhoven). [Nanotechnology 26 (2015) 385401]