Maarten Kwaaitaal
Wanneer je met speciale lasers op materialen schijnt, dan kan dat licht de atomen van dat materiaal in beweging zetten. In sommige gevallen krijgt het dan andere eigenschappen. Deze verandering kunnen we heel goed gebruiken, bijvoorbeeld bij het ontwerpen van nieuwe en veel snellere elektronica.
Onderzoekers van HFML-FELIX is het nu gelukt om met licht de eigenschappen in bariumtitanaat te besturen, een materiaal dat in wel 700 onderdelen van de gemiddelde telefoon zit.
Het in beweging krijgen van atomen is niet het simpelste klusje, vertelt natuurkundige Maarten Kwaaitaal. ‘Je kunt het een beetje zien als iemand duwen op een schommel, of zelf slingeren aan ringen. Te zacht duwen of slingeren en je komt niet omhoog. Te vaak achter elkaar en je komt ook niet in de beweging. Maar als je het momentum goed gebruikt, en stevig duwt of slingert op het juiste moment, dan krijg je een krachtige beweging.’
Datzelfde hebben de onderzoekers nu in het lab gedaan: met de enorm sterke lasers van FELIX een duwtje geven aan de atomen in een specifiek materiaal. Eigenlijk schudt dat de atomen door elkaar, waardoor het materiaal uitzet, of oprekt.
Kijk je naar het materiaal op het moment dat het geraakt wordt door de laser, dan zie je rekkingsgolven, of rimpelingen naar buiten toe trekken. ‘Een beetje zoals wanneer je een steen in het water gooit. Die golven in het materiaal die trekken ook weer weg. Maar er zijn veranderingen die na deze laserpulse blijvend zijn.’
Dat die golven ontstaan komt deels door warmte, maar ook door effecten die nu nog moeten worden uitgezocht. Ook niet makkelijk, omdat de verandering een proces van nanoseconden is. Dit bekijken kan met een microscoop die heel snel fotootjes maakt. Maar tot nu toe was de flits niet snel genoeg om de verandering in het materiaal bij te houden. Dat moet binnenkort wel lukken, met snellere lichtpulsjes. En dan zal nog beter duidelijk worden wat er nou precies voor zorgt dat de eigenschappen van het materiaal veranderen.
Maar zelfs zonder dit exact te weten, is deze ontdekking al interessant. Wat ze met deze techniek namelijk nu al lukt is de polarisatie van het materiaal veranderen. De polarisatie kan gezien worden als een minibatterij, waarbij één kant van het materiaal een positieve lading heeft en de andere kant een negatieve lading. Deze verandering is veelbelovend voor applicaties waarbij snelle geheugenopslag nodig is. Denk aan een computerbit, die van één naar nul moet kunnen veranderen. Dit kun je aansturen met een elektrisch veld, maar met licht zou dit vele malen sneller kunnen.
Natuurlijk is een super sterke laser in het lab niet iets wat ook in een telefoon of computer gestopt kan worden. Dus er moet wel gekeken worden of dit met zwakker laserlicht ook lukt. Maar eerst is het van belang om het proces voor elkaar te krijgen en helemaal te begrijpen. En daar zijn nu dus weer een aantal belangrijke stappen in gemaakt.
De meest recente paper waarin deze vondsten verder worden uitgelegd vind je op de site van Nature:
Ook interessant is deze publicatie van eerder dit jaar:
Contact informatie:
maarten.kwaaitaal@ru.nl
Onderzoekers van HFML-FELIX zijn - in samenwerking met collega’s uit Groningen en Singapore - een belangrijke stap dichterbij het begrijpen van een veelbelovende nieuwe halfgeleider.
Hoe krijg je een medicijn precies op de plek waar het moet zijn, zodat je er minder van nodig hebt en er minder bijwerkingen ontstaan?
