Normaal gesproken onbereikbaar voor startende onderzoekers: atomair dun materiaal laag voor laag maken, manipuleren én bestuderen met precisie op de nanoschaal. Maar vanaf woensdag is dat verleden tijd, want dan opent de TU/e “NanoAccess”, de enige faciliteit in Nederland die onderzoekers al deze mogelijkheden tegelijkertijd biedt met één instrument. De mogelijke toepassingen lopen uiteen van bijvoorbeeld energiezuinige elektronica tot slimme mobiliteit of zonnebrandstoffen.

Eén van de grote uitdagingen bij het onderzoeken van materialen op de nanoschaal (miljoen keer kleiner dan een millimeter) is dat een zeer hoog vacuüm vereist is. Dit om vervuiling en ongewenste reacties met de lucht te voorkomen. “NanoAccess is het enige instrument in Nederland, en één van de weinige in de wereld, waarbij je tussen verschillende bewerkingsstappen het vacuüm niet hoeft te verbreken”, zegt prof. Bert Koopmans, TU/e-onderzoeker en projectleider.

Niet alleen kan hierdoor het werken op de nanoschaal veel efficiënter en nauwkeuriger dan voorheen, het maakt ook de fabricage van allerlei nieuwe structuren mogelijk. “Normaal gesproken kun je pas na afloop van het productieproces – waarbij composietmaterialen atomaire laag na atomaire laag gevormd worden – het materiaal bewerken of onderzoeken”, zegt Koopmans. “Wij kunnen nu een aantal laagjes stapelen, vervolgens ergens iets met nanometerprecisie wegetsen, toevoegen of meten, en daar weer nieuwe laagjes bovenop stapelen.”

NanoAccess bestaat uit vier clusters van vacuümkamers waarbij materiaalsamples door buizen snel van het ene naar het andere cluster kunnen worden gebracht. Elk cluster heeft een andere functie met zijn eigen apparatuur. Zo kan men in NanoFilm dunne materiaalfilms atoomlaag voor atoomlaag opbouwen. In NanoProbe brengen onderzoekers de materiaaloppervlakken met meerdere analysetechnieken extreem nauwkeurig in kaart. Onderdeel hiervan is een speciale ‘STM’, een apparaat om met atomaire precisie een materiaal af te tasten maar in dit geval is uitgerust met vier onafhankelijk aanstuurbare contacten. In NanoFab etsen gefocuste ionenbundels structuren weg in de dunne oppervlakken. NanoUser, tenslotte, is een ‘open contact’ van de faciliteit waaraan tijdelijke, specifieke apparatuur kan worden gekoppeld.

Screen Shot 2016-11-05 at 16.15.28

NanoAccess is volgens Koopmans vooral bedoeld voor “nieuwsgierigheidsgedreven onderzoek”, maar kan leiden tot een breed scala aan mogelijke toepassingen. De onderzoeksgroep van Koopmans richt zich vooral op nieuwe vormen van energiezuinige elektronica en geheugenopslag, gebruikmakend van ‘spintronica’. Daarnaast wordt gewerkt aan sensoren voor slimme auto’s, microchips op basis van lichtsignalen (fotonica) en nieuwe materialen voor bijvoorbeeld energieopslag en zonnecellen.

Het lab kwam tot stand met een NWO Groot-subsidie van bijna twee miljoen euro en met ondersteuning van NanoLabNL. In het lab zal veel worden samengewerkt met NXP, DIFFER en Holst. De faciliteit zal ook beschikbaar komen voor externe gebruikers, zoals onderzoeksgroepen van andere universiteiten of bedrijven.

Foto’s (c) Bart van Overbeeke