Fysici van de Julius-Maximilians-Universität Würzburg kunnen de dunste draad ter wereld maken. Hij is gemaakt van goud en een miljoenste keer kleiner dan een mensenhaar. De onderzoekers hopen dat de dunste draad dankzij de verbluffende eigenschappen later de basis vormt voor vernieuwingen in de techniek.
De onderzoekers dampen goudatomen op plaatjes germanium van 10 mm lang en 3 mm breed in een ultrahoog vacuüm bij 500°C. Dankzij een uitgekiend proces kunnen de fysici de plaatjes zodanig inrichten, dat de goudatomen precies in lijn liggen en parallel lopende ketens vormen. Ze liggen ver genoeg van elkaar verwijderd om elkaar onderling niet te beïnvloeden, wat belangrijk is voor het verdere onderzoek.
Opbouw
De draden bestaan uit aparte atomen; een kleinere elektrische geleider kan men principieel niet maken. Daarmee zijn mogelijk componenten te realiseren opgebouwd uit nanodraden, die de grens zijn van de miniaturisering van (super)computers. Voorlopig gebruiken de onderzoekers de nanodraden als een speelweide voor atomen. Ze kunnen draden aan de zijkant uitbreiden met extra goudatomen of aparte bruggen er tussen plaatsen om dan te analyseren hoe de elektronische eigenschappen daardoor veranderen.
Het volgende doel voor de onderzoekers is dat ze de elektrische geleiding van de nanodraden kunnen beïnvloeden met behulp van extra atomen. Via de punt van een rastertunnelmicroscoop kan men ook elektrische lading in een draad aanbrengen. Zo zou het kunnen lukken om deze gecontroleerd uit te schakelen. Haalt men het extra atoom of de toegevoegde lading weg, dan is de draad weer ingeschakeld. Op deze wijze zou een uitgangspunt gecreëerd zijn om nanodraden als onderdelen voor kwantumcomputers te kunnen gebruiken.
Verbluffende fenomenen
Elektrische schakeling van nanodraden kan echter ook tot nieuwe elementaire kennis leiden. Want hoe kleinere een object wordt gemaakt, des te groter zijn de verrassingen die het herbergt. In nanostructuren treden veel verbluffende fenomenen op die in tegenspraak zijn met de intuïtie van fysici.
In een gewoon stuk metaal kunnen de elektronen veel verschillende richtingen uitgaan. Maar als de elektronen in een nauwe ruimte opgesloten worden, zodat ze elkaar niet kunnen ontwijken, treden ongewone kwantumeffecten op. Dit kan vooral invloed hebben op de elektrische geleidbaarheid. En een nanodraad is dermate klein, dat de elektronen (de dragers van elektrische lading) zich alleen op een zeer begrensd pad kunnen bewegen, namelijk langs de draden.
Model voor Lüttinger-vloeistoffen
De fysici uit Würzburg denken, dat de nanodraden een nieuw soort modelsysteem voor eendimensionale elektronenvloeistoffen vormen. Ze hopen concreet op de waarneming van een zogenaamde Lüttinger-vloeistof. Zo duiden theoretische fysici de elektronen aan die maar in één dimensie kunnen bewegen, in dit geval in de lengterichting van de nanodraden.
Het is echter moeilijk om de door de theoretici voorspelde eigenschappen van de Lüttinger-vloeistof met experimenten te bewijzen. De onderzoekers hebben echter de eerste aanduidingen gevonden. De nieuwe soorten nanodraden blijven ook bij de benodigde lage temperaturen in geleidende toestand, waardoor het mogelijk is de bijbehorende metingen met tunnelspectroscopie uit te voeren.
