Waar wij trots op zijn - Ontdekker van het jaar - Universiteit Leiden

Sense Jan van der Molen
16
Terug naar de kwantummechanica. Die stelt dat elektronen zich
– evenals licht – soms gedragen als deeltjes en soms als golven –
afhankelijk van welk experiment je uitvoert. “Je kunt bewijzen
dat iets een golf is door de ene golf te laten uitdoven door een
andere”, zegt Van der Molen. “Als twee golven precies tegen elkaar
in werken, zodat de ene net omhoog gaat terwijl de andere net
omlaag gaat, dan doven ze elkaar precies uit en is het totaal nul.
Dat noemen we ‘destructieve kwantuminterferentie’. Wij hebben
laten zien dat dit effect ook optreedt bij een elektrische stroom in
een molecuul.”
Dat ging zo: samen met de Groningse collega’s ontwierpen de
Leidse fysici verschillende soorten geleidende moleculen, allemaal
ketens. Sommige zijn onvertakt en andere hebben aan beide
kanten een zijgroep. Het idee is dat alle elektronen in het eerste
geval gewoon rechtdoor kunnen lopen, maar dat een deel in het
tweede geval een omweg zal nemen via een van de zijtakken.
Van der Molen: “Het principe is dat twee golfjes ontspringen uit
hetzelfde punt, elkaar dan even ontlopen, en later weer bij elkaar
komen. Als ze daarbij een verschillende afstand afleggen, dan gaat
hun ‘trilling’ uit elkaar lopen. Bij een bepaald weglengteverschil
zullen ze elkaar perfect uitdoven. Dan haalt geen enkel elektron
de overkant. Als je dat waarneemt, dan bewijs je dat elektronen
zich gedragen als een golf.”
Van der Molen wil in de nabije toekomst ook andere moleculen
‘doormeten’, bijvoorbeeld met grotere of juist kleinere circuits.
“We zijn heel benieuwd hoe kwantummechanisch een molecuul
zich nog gedraagt bij een bepaalde grootte”, zegt hij. “En verder
willen we kijken naar het thermo-elektrisch effect. Dat is dat je
een elektrische spanning opwekt door middel van een temperatuurverschil.”
In feite is dat het omgekeerde van wat een koelkast
doet. Die gebruikt elektriciteit om een temperatuurverschil te
creëren. “In een systeem met kwantuminterferentie geeft een
klein temperatuurverschil al een groot spanningsverschil”, zegt
Van der Molen. “Dat kan uiteindelijk totaal nieuwe toepassingen
opleveren. En die zijn heel wat dichterbij dan een supercomputer
met schakelaars ter grootte van één molecuul.”
Nienke Beitema
De onderzoekers vergeleken verschillende moleculen wat betreft
hun elektrische geleiding. Daarbij brachten ze de relatie in kaart
tussen spanning en geleiding. “Als een molecuul met zijketens een
veel lagere geleiding geeft dan het controlemolecuul, dus dezelfde
keten maar dan zonder zijtakken, en als je dan ook nog eens een
sterk afwijkend verband ziet tussen spanning en geleiding”, stelt
Van der Molen, “dan heb je sterke aanwijzingen dat er sprake is
van kwantuminterferentie. Zo konden we het bewijsmateriaal
samenstellen uit allemaal kleine stukjes informatie, en samen
kloppen ze perfect.”