Natuurkunde

Wat kan je allemaal met nanodraden?- Erik Bakkers

Erik Bakkers van de TU/e werkt aan de ontwikkeling van nanodraden, en laat zien hoe deze draadjes de toekomst van menig technologie op zijn kop kunnen zetten.

Luister naar dit interview via Apple Podcasts, Google Podcasts of Spotify!

Na meerdere jaren voor Philips gewerkt te hebben, leidt prof. Erik Bakkers nu zijn eigen natuurkundige onderzoeksgroep bij de Technische Universiteit Eindhoven. Zijn prijswinnende onderzoek richt zich op de ontwikkeling van nanodraden: extreem kleine draadjes die enkel gemaakt kunnen worden door deeltjes op een nanoschaal te manipuleren. Ze maken deze draden met unieke kristalgroeimethodes, waardoor ze een atomaire precisie en bijzondere eigenschappen hebben. Zo zijn het halfgeleiders, wat betekent dat ze enkel stroom geleiden onder specifieke omstandigheden. Door hun unieke eigenschappen bieden ze allerlei mogelijkheden voor de ontwikkeling van nieuwe typen zonnecellen, kwantumcomputers en lichtzenders. Kortom, onderzoek wat de wereld van elektronica, en zo onze hedendaagse maatschappij, kan veranderen. Maar wat zijn nu precies de voordelen van nanodraden? En hoe leid je dit onderzoek de toekomst in?

Meest recent

Leven we nog wel gezond? – Ingrid Steenhuis

Ingrid Steenhuis van de VU laat zien hoe we doorheen de jaren steeds grotere porties zijn gaan eten, hoe ongeveer de helft van de volwassenen in Nederland te zwaar is en hoe haar onderzoek tracht onze gezondheid weer meer op de rails te krijgen.

Het Inzicht

Jullie nanodraden bieden vele mogelijkheden voor innovatie. Één van die mogelijkheden is dat ze de efficiëntie van onze huidige zonnecellen kunnen verhogen. Maar hoe werken zonnecellen momenteel precies? En op welke manier kunnen de nanodraadjes voor die verhoogde efficiëntie zorgen?

Laat ik voor het antwoord bij het begin beginnen. Ik werk sinds het jaar 2000 aan nanodraden, omdat ik het een heel fascinerend materiaalsysteem vind. Een nanodraad is namelijk een halfgeleider. Dat zijn materialen die als één van hun eigenschappen licht kunnen absorberen of uitzenden. Als je kijkt naar de lengte van een nanodraad, moet je denken aan een paar micrometer wat één miljoenste van een meter is. De diameter is vervolgens enkele tientallen nanometers, wat gelijk staat aan één miljardste van een meter. Het zijn dus daadwerkelijk echt héle dunne, kleine draadjes.  Die kleine grootte biedt mogelijke voordelen voor zonnecellen.

Nanodraden gegroeid in het lab. Afbeeldingen zijn gemaakt met een SEM, een microscoop die héél erg diep kan inzoomen. Credits: Bakkers' groep.

Licht is een golf, en heeft daarom een zekere golflengte. Zo heeft zichtbaar licht een golflengte tussen de 500 en 700 nanometer. Onze nanodraden kunnen wij maken met een kwart van deze golflengte. Als je bijvoorbeeld wilt focussen op licht met een 600 nanometer golflengte, dan is onze draad 150 nanometer dik. Wat er dan gebeurt, is dat zo’n nanodraad gaat werken als een golfgeleider en dus eigenlijk een beetje als een glasfiber. Glasfiber hebben we allemaal wel over gehoord in de context van ons internet. Net als in die fibers kan je in de nanodraden licht opsluiten. (Dit is uit te leggen met diepere natuurkunde; de dimensies en de bewegingsindex.) Simpel uitgelegd is het genoeg om te begrijpen dat licht onder deze omstandigheden wordt ingekrompen in zo’n nanodraad en er vervolgens niet meer uit kan.

Maar hoe verschillen deze nanodraden met de werking van traditionele zonnecellen? De huidige zonnecellen (die een stuk groter zijn dan onze nanodraden) liggen op het dak en absorberen licht. De specifieke halfgeleider materialen waaruit zowel deze dikke cellen als onze nanodraden zijn gemaakt, hebben als speciale eigenschap dat hun atomen zodanig interacteren met het zonlicht zodat het geabsorbeerde licht vrije ladingen (elektronen) en dus elektriciteit creëert. Sterker nog, naast de elektronen wordt een tweede vrije ladingsdrager gecreëerd: gaten, ook wel de lege plekken die elektronen bij het atoom achterlaten. Als je de zonnecel aansluit op een circuit kunnen de vrije ladingsdragers gescheiden worden; elektronen springen steeds in de gaten van naburige atomen en laten daarbij weer een gat op hun eigen atoom achter waardoor elektronen de ene kant uit bewegen en de gaten in tegenovergestelde richting. Het scheiden van deze twee ladingsdragers geeft elektriciteit, wat vervolgens gebruikt kan worden om bijvoorbeeld een batterij op te laden of een licht te laten branden. Echter, als je dit allemaal niet zou aansluiten op een circuit gebeurt er iets raars. Dit noemen wij de “open klem”-situatie. Het licht wordt nog steeds geabsorbeerd en creëert nog steeds ladingen, alleen kan die lading nu niet weg. Wat er dan gebeurt, is dat die lading wilt recombineren. Dit wil zeggen dat de elektronen terugvallen in de lege plekken, de gaten, die ze bij atomen achtergelaten hebben. Dat zorgt ervoor dat je eigenlijk weer licht creëert, en dat wordt in je materiaal uitgezonden in alle richtingen.

Recombinatie:

1) Atomen in een kristalstructuur zitten op specifieke roosterpunten.
2) Als licht op de halfgeleider valt, worden vrije ladingsdragers gecreëerd (elektronen en gaten).
3) Recombinatie treedt op als een elektron terug in een gat valt en daarmee licht uitzendt (rood kader).

Notitie: Dit plaatje is een versimpelde representatie. In de realiteit bewegen elektronen de ene kant op, maar bewegen gaten ook de andere kant op.

Als licht op een traditionele zonnecel valt die niet aangesloten is op een circuit, wordt de perfect parallelle lichtbundel door recombinatie omgezet in heel diffuus licht dat alle kanten uitgaat. Dat kun je zien als energieverlies. Laat het nu zo zijn dat recombinatie ook optreedt in zonnecellen die wél aangesloten zijn op een circuit: een deel van het zonlicht wordt omgezet in stroom, een deel wordt door recombinatie terug in licht omgezet. Maar wat als je de zonnecel nu zou opbreken in allemaal kleine, verticaal geplaatste nanodraadjes (in plaats van de grote plaat die er momenteel op zit) en die draadjes hebben precies een kwart golflengte van het licht? Dan wordt het diffuse licht opgesloten in die draadjes. En die draadjes zijn golfgeleiders! In dat geval kan het licht alleen nog maar in de richting van de zon uitgezonden worden. Als je de nanodraad-zonnecel aan een circuit koppelt waarbij de contacten aan de boven-en onderkant van de zonnecel zitten, kunnen de verliezen door recombinatie zo voorkomen worden en wordt de efficiëntie enorm verhoogd.

Wat geweldig! En dit is pas nummer één van de drie interessante toepassingen! Zo zijn de nanodraden, in dezelfde lijn als voor zonnecellen, ook van toepassing voor lichtzenders. Je benoemde net glasvezels, en dat nanodraden ook heel geschikt zijn voor lichtemissie. Door bepaalde kristallijne eigenschappen kan silicium, het materiaal wat jullie gebruiken, licht uitzenden. Dit licht wordt vervolgens gebruikt voor de overdracht van data via glasvezel. Maar hoever staan we eigenlijk al in de technologie rondom glasvezel en dataoverdracht? Wat zijn de stappen die daar nog gewonnen kunnen worden met behulp van jullie nanodraden?

Op zich staan we al heel ver; veel huizen zijn al verbonden via glasvezels. We weten ook dat glasvezels zorgen voor een veel hogere datasnelheid in vergelijking met andere kabels. De precieze getallen weet ik niet, maar het kan makkelijk een factor 10 of 100 schelen. Het punt is dat die glasfibers werken met licht: informatie wordt via licht door die glasfibers gestuurd, waardoor het zo snel kan zijn.

Computers gebruiken computerchips die ook gemaakt zijn van silicium. Op zo’n chip gaat alles elektronisch; niet met licht maar met elektrische signalen. Elektrische signalen hebben een paar grote nadelen:

  • Ten eerste moeten elektrische stroompjes door hele dunne metaaldraadjes heen, en zo’n draadje heeft een zekere weerstand. Elk metaal waar je een stroom doorheen stuurt, heeft een bepaalde weerstand. Zo kan een draadje warm worden en dat komt dan door die weerstand. Dit veroorzaakt dat we data niet met een hogere snelheid door de draad kunnen sturen. De werkpaarden op de chip die de berekeningen doen, ook wel de transistoren, kunnen we niet sneller maken vanwege de weerstand van die verbindingen.
  • Het tweede probleem is dat het sturen van die elektrische stralen veel energie kost. Veruit de meeste energie die je gebruikt in je mobiele telefoon komt door die weerstand. Het kost energie om informatie van de ene kant van de chip naar de andere kant te sturen.
  • Het derde probleem is de opwarming door de weerstand. Een laptop wordt bijvoorbeeld warm, en hiervoor heb je een ventilator nodig om de apparatuur te koelen. Dit kost tevens ook weer meer energie.

Wat je dus eigenlijk zou willen, is dat je op die chip signalen optisch in plaats van elektrisch kan doorsturen. Je wilt nog steeds transistoren gebruiken die werken met elektriciteit, maar de grotere afstanden op de chip wil je gaan overbruggen met optische signalen. Hierbij heb je geen weerstand meer, waardoor je naar veel hogere datasnelheden kan gaan. Er treedt geen opwarming op, dus minder energieverlies. Het grote nadeel is dat ons materiaal wat wij gebruiken, silicium, in de basis een probleem heeft. Het is een halfgeleider, en in principe kunnen deze materialen licht absorberen en uitzenden. Alleen heeft silicium de grote pech, wegens de specifieke symmetrie van het kristal, dat dit een van de weinige materialen is dat geen licht kan uitzenden. Silicium heeft namelijk wat we een indirecte bandgap noemen. Dat betekent dat de ladingsdragers – de elektronen en de gaten- niet op dezelfde plek zitten. Ze kunnen aldus ook niet bij elkaar komen en recombineren, en dus licht uitzenden. In 1973 is er een paper gepubliceerd waarin theoretisch werd getoond dat, stel je zou deze kristalstructuur veranderen, silicium wel licht zou kunnen uitzenden. In plaats van dat de symmetrie van de kristalstructuur kubisch is, zou het hexagonaal moeten zijn. In deze hexagonale structuur zitten de ladingsdragers namelijk wel op dezelfde plek, en kunnen ze dus wel recombineren en licht uitzenden. Het is velen helaas nooit echt gelukt om die andere kristalstructuur te maken. Maar door een ander groeimechanisme dat wij gebruiken voor onze nanodraden zijn wij wel in staat om hexagonaal silicium te maken! We hebben hier twee jaar geleden een paper over gepubliceerd waarin staat dat silicium in deze vorm heel goed licht kan uitzenden.

Dit zou van ongelooflijk belang kunnen zijn voor de technologie als dit straks geïmplementeerd wordt, toch? Dat lijkt me ontzettend impactvol werk? Maar hoeveel silicium hebben wij beschikbaar op onze aarde voor deze implementaties? Hoe groot is deze bron?

Dat is een groot voordeel van silicium. Siliciumoxide is eigenlijk gewoon zand of glas. Hier is ongelooflijk veel van beschikbaar op de aarde en zit dus geen beperking op.

De derde toepassing van jullie nanodraden vind ik spannend om te bespreken, omdat ik het zelf ook nog steeds erg lastig vind om te begrijpen. Jullie nanodraden zijn namelijk geschikt voor kwantuminformatie overdracht in kwantumcomputers. Verder is aangetoond dat er in de nanodraden een mogelijk bestaan is van speciale deeltjes genaamd Majorana fermionen. Kan je uitleggen wat Majorana fermionen precies zijn? Wat zijn de voordelen van deze fermionen, en waar staan we vandaag de dag met het bestaan van deze fermionen?

Terugkomend op je eerste opmerking; volgens mij begrijpt niemand de kwantummechanica eigenlijk écht. Niemand weet 100% zeker wat de consequenties zijn van de kwantummechanica; dat heeft Einstein zelf ook ooit gezegd. Dus je hoeft je geen zorgen te maken, ik begrijp het zelf ook nog steeds niet (lacht).

Om te begrijpen wat een Majorana fermion is, moet ik het eerst hebben over kwantumtoestanden. De manier waarop elektronen samen een elektrische stroom dragen, kan je kwantummechanisch beschrijven. De elektronen verkeren in een zekere toestand, en omdat we het over kwantummechanica hebben noemen we deze toestand simpelweg de kwantumtoestand. In een kwantumcomputer (die anders is dan onze huidige computer) wil je deze kwantumtoestand kunnen manipuleren en controleren. Voor onze huidige, klassieke computers neemt de rekenkracht lineair toe met het aantal aanwezige transistoren; hoe meer transistoren er aanwezig zijn, hoe hoger de rekenkracht is. Voor een kwantumcomputer is het anders.

In de wereld van kwantumcomputers gelden twee kwantummechanische principes; superpositie en verstrengeling. Hierdoor schaalt de rekenkracht anders.

  • Superpositie is het feit dat een kwantummechanisch voorwerp tegelijkertijd in meerdere toestanden kan verkeren. Een bekend voorbeeld is het verhaal van de kat van Schrödinger. Een kat is natuurlijk geen kwantummechanisch voorwerp, maar een elektron is dat wel. Schrödinger was een wetenschapper die het hypothetische verhaal bedacht over een kat die ingesloten werd in een doos samen met een radioactief deeltje. Dit deeltje zou de mogelijkheid hebben om de kat over verloop van tijd te doden.  Zolang je de doos niet opent, zou de kat in principe dood of levend tegelijkertijd kunnen zijn. Pas zodra je naar de kat kijkt, weet je of de kat dood of levend is. Zo zou in de kwantummechanica een deeltje zoals een elektron in meerdere kwantumtoestanden kunnen verkeren, en dwing je het pas in een zekere toestand zodra je ernaar kijkt.  
  • Verstrengeling is als je twee deeltjes zoals elektronen aan elkaar koppelt, waardoor ze vervolgens niet meer onafhankelijk van elkaar kunnen veranderen van toestand. Zelfs niet als ze op oneindig verre afstand uit elkaar gehaald worden. Als je bij één van de elektronen een wijziging in de toestand aanbrengt, gebeurt dit ook direct op hetzelfde moment bij het verstrengelde elektron.

(Notitie van de interviewer: Beide kwantumprincipes kunnen vrij verwarrend en abstract klinken, en dat zijn ze ook. Desalniettemin zijn dit daadwerkelijke aangetoonde principes uit de natuurkunde. Voor kleine deeltjes zoals elektronen gelden andere wetten dan voor ons in de ‘grote mensen’-wereld.)

Door deze twee principes is het zo dat een kwantumcomputer anders schaalt in rekenkracht dan traditionele computers. In plaats van transistoren hebben we het nu over kwantum bits. Een kwantum bit is vergelijkbaar met een normale, klassieke bit. Een normale bit kan alleen 0 of 1 zijn, terwijl een kwantum bit elke waarde tussen 0 en 1 kan aannemen en zelfs meerdere waarden tegelijkertijd. Hierdoor kunnen kwantum bits beter parallel berekeningen uitvoeren. De rekenkracht schaalt exponentieel met het aantal kwantum bits dat je hebt. Als je één kwantum bit toevoegt aan het systeem verdubbelt de rekenkracht.

Kwantumcomputers hebben dus een veel grotere rekenkracht dan waar we momenteel mee werken?

Ja, precies. Al praten we bij kwantumcomputers wel over ideale kwantum bits die perfect zijn. Deze perfecte bits bestaan jammer genoeg nog niet. Stel dat je deze zou kunnen maken, kan je heel snel een supercomputer produceren. En dit is het belangrijke punt: kwantum bits zijn niet perfect. De toestand van een elektron is enorm gevoelig voor de omgeving waarin het elektron verkeert. Een elektron heeft altijd een interactie met de omgeving, bijvoorbeeld door de temperatuur. Er is hierdoor altijd ruis, zoals thermische ruis of trillingen. Dat verstoort de kwantum toestand van het elektron, waardoor de rekenkracht toch nog niet kan zijn wat we beogen.

Maar wat zijn dan nu de Majorana fermionen?

Majorana fermionen hebben de belofte dat ze veel minder last hebben van deze ruis en verstoringen. Majoranas zijn zogenaamd topologisch beschermd. Dit kan je zelf voorstellen als twee draadjes waar je een knoop in legt. Die knoop zit dan vast, ook al schud je met die draadjes. Dat is ook een soort van topologische bescherming. Dit principe willen we gebruiken met deze specifieke fermionen. Fermionen zijn een klasse van deeltjes. Elektronen behoren bijvoorbeeld ook tot de klasse van fermionen. Majorana fermionen zijn deeltjes die voorspeld zijn door Ettore Majorana, een Italiaanse natuurkundige uit de jaren ’30. Deze voorspelling was geheel theoretisch en wiskundig. Het deeltje was niet experimenteel door hem ontdekt of vastgesteld. 

En is dat nog steeds niet experimenteel gelukt?

Nee, nog niemand heeft het gevonden. Precies tien jaar geleden hadden wij in samenwerking met collega’s van de TU Delft de eerste aanwijzing voor het officiële bestaan van deze majoranas. Dit is ondertussen weer betwist en aangetoond dat de toenmalige resultaten niet gereproduceerd kunnen worden, waardoor de vondst weer is ontkracht. Ondertussen zijn we vele experimenten verder, en is er nog niet veel meer aangetoond. We zouden wel dicht in de buurt kunnen zijn met onderzoek rond onze nanodraden, maar zijn er nog niet.

Zonnecellen, glasvezel en kwantumcomputers lijken mij alle drie heel impactvolle gebieden die heel veel kunnen betekenen voor onze wereld. Hoe is het voor jou om dit belangrijke werk te leiden? Kom jij met de overtuiging naar je werk dat een grote impact gemaakt kan worden op de maatschappij? Of ligt de nadruk voor jou toch meer op het genieten van de ontdekkingen die je samen met collega’s doet?

Ik denk meer het laatste, omdat onderzoek nooit zo snel gaat als je wilt. Het is echt niet zo dat we elke dag een enorme doorbraak hebben. Een voorbeeld: we hebben tien jaar gewerkt aan het produceren van licht-uitzendend silicium. Soms heb je tegenslagen. Dat gebeurt natuurlijk ook. Dan moet je allerlei problemen oplossen om weer naar voren te kunnen. Dat kan ook frustrerend werken. Het is aan de ene kant heel goed om die grote uitdaging en impact als duidelijk punt op de horizon te hebben, maar aan de andere kant geniet ik tussendoor ook heel erg van alle dingen die wij doen. Ook van de kleine stapjes in de goede richting.

Jullie werk omtrent zonnecellen zou een belangrijke toevoeging kunnen zijn aan de discussie over het klimaat en onze energieconsumptie. Voel jij je als onderzoeker in dit gebied gerust over de technologische vooruitgang om klimaatverandering tegen te gaan? Of denk je dat we serieuze problemen voor ons hebben liggen?

Ik sta er misschien nog anders in. Ons onderzoek is zeker interessant en belangrijk, maar je moet je ook realiseren dat de weg van fundamenteel academisch onderzoek naar een daadwerkelijk product heel lang is. Je bent zo tussen de vijf en tien jaar bezig om van een principe naar een product te komen, als dit überhaupt al haalbaar is. In deze zin voel ik niet dat wij direct bijdragen aan de problemen. Ik maak me natuurlijk wel grote zorgen om het klimaat. Aan de ene kant gebeurt er veel om het probleem op te lossen, maar aan de andere kant is het veel te weinig. Naar mijn idee voelen wij als mensheid de urgentie nog niet. We moeten op alle vlakken nog heel veel doen: energieverbruik, energieopwekking, slim omgaan met spullen, etc. Ik denk dat veel mensen, net als ik, denken dat wat we zelf doen heel weinig impact heeft op de wereld. Hierdoor wordt er vaak niks gedaan. Dat is eigenlijk heel jammer, want alles heeft natuurlijk een impact.

Heb je wel hoop dat het goed gaat komen, of heb je hier geen antwoord op? Zullen we het maar moeten zien?

Ik heb hier zeker geen rotsvast antwoord op, maar ik maak mij wel zorgen. Ik stel me bijvoorbeeld voor dat eens we een chip kunnen maken met het gebruik van licht, we niet minder energie gaan gebruiken maar simpelweg meer data.

Onderzoek gaat nooit zo snel als je wilt. Het is echt niet zo dat we elke dag een enorme doorbraak hebben.

De Wetenschap

Hoe maken jullie nanodraden?

Dit is het beste uit te leggen aan de hand van kristallen. Denk bijvoorbeeld aan een ijskristal. In de winter worden ijskristallen gevormd uit water. Waterdamp in de lucht kristalliseert zodra het afkoelt. Dit is in principe ook hoe wij nanodraden groeien. We gebruiken een bepaalde reactor die onder hele lage drukken werkt. Onder deze lage druk laten we gassen toe in de reactor, zoals bijvoorbeeld een silicium gas. Dit is een gas waarin silicium atomen zitten. Vervolgens gebruiken we een oppervlak met hele kleine metaaldeeltjes die de silicium atomen kunnen vangen en zo een nanodraad vormen. Die kleine metaaldeeltjes noemen we de katalysator, wat zoveel wil zeggen als dat zij de chemische reactie met de silicium atomen mogelijk maken en zelf versnellen. Dit is eigenlijk heel simpel gezegd het gehele proces.

Hoe makkelijk of moeilijk is dit proces?

Ik denk dat iedereen in principe wel nanodraden kan groeien! Volgens mij is het niet zo moeilijk en zou je het proces binnen een dag kunnen leren. Echter, het maken van goede nanodraden is wel heel moeilijk. Zo hebben wij bijvoorbeeld heel lang gedaan over het sturen van de kristalstructuur. Dit heeft te maken met de contacthoek van die kleine metaaldeeltjes op het oppervlak. De contacthoek is te begrijpen als de manier waarop een waterdruppel zich gedraagt op een oppervlak. Soms heeft een waterdruppel de neiging om zich uit te spreiden, maar op andere oppervlakken blijft de druppel wel heel bolvormig liggen en kan het de neiging hebben om eraf te rollen. De hoek die dat druppeltje maakt met het oppervlak noem je de contacthoek. Wij hebben gevonden dat die contacthoek bepaald welke kristalstructuur je groeit. Dit vindt allemaal plaats op nanoschaal; je krijgt slechts heel indirect informatie over wat er tijdens het groeimechanisme gebeurt. Dat maakt het een heel moeilijk proces

Hoe vervuilend is het proces? Is het heel schoon of valt dit nog tegen?

Ja, het is denk ik wel vervuilend. In ons proces gebruiken we silicium-precursors (stoffen die nog geen pure silicium zijn en pas later in het proces door chemische reacties omgezet worden naar silicium) en bepaalde dragergassen. Dat gaat de reactor in en komt er later ook weer uit. Dit kost energie en er komen ook vervuilende stoffen bij vrij, al vangen we die weer op. Zo komen ze niet in de lucht terecht.

Stel dat je zonnecellen maakt met een verhoogde efficiëntie maar het productieproces is heel vervuilend, dan blijft er netto weinig winst over aan CO2-reductie om het klimaat te helpen. Wat is de balans tussen verhoogde efficiëntie en vervuiling voor jullie proces?

Huidige zonnecellen worden al gemaakt met een soortgelijk proces. Het kost inderdaad energie en het geeft ook vervuiling om zonnecellen te maken. Dit geldt ook voor elektrische auto’s. Hun batterijen bevatten heel veel chemicaliën en het proces van het maken van een auto kost veel energie en water. Overstappen naar een elektrische auto omwille van het milieu heeft dus enkel zin als je je ook bedenkt hoe lang je in die auto moet rijden om echt CO2-neutraal te zijn. Kortom, de productie is tot een zekere hoeveelheid vervuilend maar als je het product lang genoeg blijft gebruiken is de winst wel degelijk te behalen.

Wat zie jij als één van de grootste ontdekkingen die jij tot dusver hebt bijgedragen aan je vakgebied?

Ik denk dat dit de ontdekking omtrent lichtemissie uit silicium is. Dat wordt heel belangrijk, denk ik. Deze ontdekking heeft nu al twee prijzen gewonnen, alleen al om het feit dat er licht uit silicium komt. We hebben nu de eerste aanwijzingen dat het materiaal niet alleen licht uit kan stralen, maar ook gebruikt zou kunnen worden als laser. Een laser is ook een lichtbron, maar heeft speciale eigenschappen. Er komt licht uit in een hele smalle bundel en is dan ook nog eens coherent. Dat is een heel belangrijke stap voor de toekomst.

Hoe voelt het om zoiets groots te bereiken? Zijn jullie allemaal extatisch geweest in het lab of zijn jullie rustig door blijven werken? Hoe ervaar je zoiets?

Een ontdekking als deze is heel leuk, maar komt in kleine stapjes. Het is niet zo dat je van de één op de andere dag een laser hebt. Hier werk je een aantal jaar aan en ziet daarbij elke maand wat vooruitgang. Stukje voor stukje bouw je dit op, totdat je de puzzel compleet hebt. Bij een ontdekking ben je heel blij, en als het wordt gepubliceerd staan we zeker te juichen met zijn allen.

Wat hoop jij nog verder te kunnen bereiken in je carrière? Wat is je droom?

Ik zou het erg leuk vinden als we één van de drie toepassingen echt verder zouden kunnen brengen. Niet alleen het leuk kunnen publiceren als een wetenschappelijke ontdekking, maar dat we er ook een product van kunnen maken.

Wat zijn hier dan de drempels bij? Je hebt meerdere jaren voor Philips gewerkt, en kent een aantal mensen. Wat zou er nodig zijn om de stap te maken naar een bedrijf en samen die zonnecellen of glasvezels te maken?

Terugkomend op de laser is dit nu nog een academisch proces. Als je dit op een grote schaal wil gaan introduceren, moet je zorgen dat dit gebeurt met een proces wat compatibel is met de halfgeleider industrie. Hier werken wij momenteel aan, maar het duurt misschien nog een paar jaar voordat we dit zodanig kunnen maken. En dan nog iets: als je dan eenmaal op kleine schaal een techniek kan maken, kost het alsnog jaren voordat de halfgeleider industrie het op een grote schaal kan introduceren. Dat gaat tijd kosten, maar de ontdekkingsreis is wel heel leuk.

Wat is dan het precieze verschil tussen jullie academisch proces en de halfgeleider industrie?

Het grootste verschil is het materiaal wat wij gebruiken. Wij gebruiken nu goud als katalysator in onze processen, maar goud is absoluut verboden in de halfgeleider industrie. Dat verpest de werking van transistoren. Daarom moeten we momenteel een hele andere manier vinden om de draden te kunnen maken, zonder goud.

Op landelijk niveau vind ik dat iedereen die zonnecellen wilt installeren dit gewoon zo snel mogelijk moet kunnen doen.

De Persoonlijkheid

Wat drijft jou om wetenschap te doen? Hoe ben je op dit punt in je leven terecht gekomen?

Ik vind het leuk om echt hele nieuwe dingen te bedenken. Om creatief te zijn en te bedenken wat we zouden kunnen doen met het materiaalsysteem waar wij mee werken. Ik ben voortdurend aan het puzzelen over wat we nog meer kunnen gaan doen. Een tweede iets wat mij drijft is het omgaan met jonge mensen. Dat vind ik heel leuk. Als ik kijk in onze onderzoeksgroep, vind ik het erg leuk om studenten van alle leeftijden te zien. We hebben Bachelor studenten van een jaar of 21, Master studenten van een paar jaar ouder, PhD studenten en postdocs. Ieder van hen zit in een hele interessante leeftijdsfase. Het is leuk om met al deze mensen te werken en hun ontwikkelingen te zien.

Eerst heb je meerdere jaren bij Philips gewerkt. Wat heeft je doen besluiten om de academische wereld in te gaan?

Eigenlijk was de vraag voor mij andersom; na mijn promotie wist ik reeds heel zeker dat ik een academische carrière wilde. Al wist ik ook zeker dat ik niet mijn hele leven in de academische wereld wilde blijven, waardoor ik eerst twee of drie jaar in de industrie ben gaan werken als postdoc. Hier wilde ik echt hele andere dingen leren en zien. Werken bij Philips was echt heel leuk; uiteindelijk heb ik er negen jaar gewerkt. Ik heb er heel veel geleerd. Je leert hier vooral nadenken over wat echt belangrijk is. Managers stelden altijd de vraag: “Wat hebben wij hieraan als bedrijf?” In het begin vond ik dit een gemene vraag, maar het is natuurlijk wel heel slim en logisch om te vragen! Ik droeg veel verantwoordelijkheid en ging meer het denkproces in; waarom zou iets belangrijk zijn voor het bedrijf?

Uiteindelijk merkte ik toch dat een bedrijf zich meer richt op de ontwikkeling van producten. Het werk werd steeds toegepaster terwijl mijn interesse steeds fundamenteler werd. Op een bepaald moment vond ik het een goed moment om de overstap naar de universiteit te maken, en dat heb ik toen gedaan.

Even wat anders: wat hebben we volgens jou momenteel het hardste nodig in onze maatschappij? Waar moeten we op focussen?

Op landelijk niveau vind ik dat iedereen die zonnecellen wilt installeren dit gewoon zo snel mogelijk moet kunnen doen. Hier zouden subsidies voor moeten komen. Elk dak in Nederland moeten we volleggen met zonnecellen. Nog steeds horen we te vaak dat mensen hier geen geld voor hebben of dat het moeilijk is. Dit zou in mijn ogen de taak van de overheid moeten zijn.

Als de inwoner het wel al kan betalen, vind jij dus dat zonnecellen aangeschaft moeten worden?

Ja, eigenlijk wel. Ik vind het doodzonde dat we in bijvoorbeeld Groningen hele weilanden volleggen met zonnecellen. We hebben genoeg daken in Nederland. Dat is samen één groot oppervlak. Ikzelf heb met mijn gezin twee jaar geleden een huis gebouwd dat helemaal energieneutraal is. Het dak bestaat uit zonnecellen, en daarnaast hebben we een warmtepomp, goede isolatie en glas op het zuiden met zonneschermen. Hierdoor leveren we met het huis zelf energie! Het kan dus wel gewoon. Als je nadenkt over het ontwerp van je huis, kan het gewoon qua dakoppervlakte en het volume van het huis.

(lacht) Wat geweldig! Iedereen, be like Erik! Ik hoop dit later zelf ook te kunnen doen. Goed, voorlaatste vraag: stel dat je op een podium voor een zaal met studenten staat en je mag hun een wijsheid meegeven? Wat zou je hun dan willen vertellen?

Dat is heel simpel! Doe vooral wat je leuk vindt! Mijn kinderen hebben sinds kort een bijbaantje. Die moeten gewoon lachen als ze thuiskomen en zien dat ik in het weekend zit te werken. Dan zeggen ze: papa vindt zijn werk leuk! Maar dat is echt zo. Je moet doen wat je leuk vindt. Daarbovenop ben je er dan vaak ook goed in.

De allerlaatste vraag is zoals altijd de DWIN-vraag: is er een weetje of een feitje wat jij kent en wat andere mensen waarschijnlijk niet weten?

Wat mij wel verbaasde, is dat ik ooit een stekje van een bananenplant heb meegenomen uit Gran Canaria en dat thuis heb gepland. Vorig jaar hadden wij gewoon bananen aan die bananenboom! Ik wist niet dat we in Nederland gewoon bananen konden kweken! Wist jij dat?

(lacht) Dat wist ik niet! Erik, ontzettend bedankt voor dit uitgebreide en zeer interessante verhaal!

0 reacties op “Wat kan je allemaal met nanodraden?- Erik Bakkers

Geef een reactie