{"id":1580,"date":"2012-08-30T20:12:14","date_gmt":"2012-08-30T20:12:14","guid":{"rendered":"http:\/\/www.joswassink.nl\/inzicht\/?p=1580"},"modified":"2012-09-02T20:15:30","modified_gmt":"2012-09-02T20:15:30","slug":"een-deeltje-van-niks-een-reconstructie","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.joswassink.nl\/inzicht\/?p=1580","title":{"rendered":"Een deeltje van niks – een reconstructie"},"content":{"rendered":"

Drie jaar geleden had Leo Kouwenhoven er nog nooit van gehoord. Afgelopen \u00advoorjaar haalde hij met zijn ontdekking van deze mysterieuze deeltjes de cover van \u00adScience. Wat gebeurde er in de tussentijd? Een reconstructie.<\/strong><\/p>\n

Op 22 februari 2010 nam prof.dr.ir. Leo Kouwen-hoven op zijn gemak achter de computer wat artikelen door. Hij bracht zijn\u00a0sabbatical door in New York en hij genoot ervan weer tijd te hebben om op de website arxiv.org te kijken wat anderen voor onderzoek deden. Voor die \u2018ochtendkrant voor fysici\u2019 had hij daarvoor te weinig tijd gehad. Kouwenhoven wilde uitzoeken wat \u2018the next new thing\u2019 was en bezocht daarvoor vanuit New York ruim twintig onderzoeksgroepen verspreid over de Verenigde Staten. Het artikel dat op die ochtend zijn aandacht trok heette: \u2018Majorana Fermions and a Topological Phase Transition in Semiconductor-Superconductor Heterostructures\u2019. \u2018Majorana\u2019 zei hem niet veel, maar de supergeleidende nanodraadjes waarvan verderop sprake was des te meer. Dat was een expertgebied van zijn vakgroep quantumtransport bij Technische Natuurwetenschappen in Delft.<\/p>\n

Lees artikel op de site van Delta<\/a><\/p>\n

 <\/p>\n

<\/p>\n

Next new thing<\/strong>
\nBegin maart 2010 sprak Kouwenhoven collega\u2019s op de March Meeting van de American Physical Society, en hij begon te denken dat Majorana\u2019s in halfgeleiders inderdaad wel eens een \u2018next new thing\u2019 konden worden.
\nMajorana\u2019s, zo begreep hij, waren hun eigen antideeltjes. Zo\u2019n vreemd verschijnsel was al in 1937 voorspeld door de briljante Italiaanse fysicus Ettore Majorana die kort daarna op mysterieuze wijze verdween. Maar recent was zijn naam weer opgedoken toen fysici manieren bedachten om zulke deeltjes van niets zelf te maken in een combinatie van halfgeleiders en supergeleiders.
\nHet idee is dat je bij halfgeleiders een elektron (-) en een gat (+) als antideeltjes kunt beschouwen. Maar een Majorana mag geen lading en geen spin hebben (anders kan het immers niet zijn eigen antideeltje zijn). Door het gat en het elektron beide op het nulenergieniveau te brengen van de supergeleider, zou het mogelijk zijn een Majorana samen te stellen uit een half gat en een half elektron. Het artikel van
\nRoman Lutchyn dat Kouwenhoven op arxiv.org vond, schetste een experiment waarmee Majorana\u2019s te detecteren moesten zijn.<\/p>\n

Interesse van Microsoft<\/strong>
\nTerug in zijn appartement schreef Kouwenhoven in overleg met postdoc dr. Sergey Frolov een voorstel voor Stichting Fundamenteel Onderzoek der Materie (FOM) om op jacht te gaan naar Majorana\u2019s. Het stuk werd daar met grote belangstelling ontvangen en onmiddellijk goedgekeurd met financiering voor twee promovendi.
\nOndertussen belde ook een andere financier: Microsoft had van zijn plannen gehoord en wilde praten. De eerste uitnodiging moest Kouwenhoven afslaan. Zijn moeder (80) was over vanuit Nederland en dat had toch even voorrang.
\nMicrosoft had om een praktische reden interesse in Majorana\u2019s. Er bestonden redenen om aan te nemen dat de deeltjes in halfgeleiders te gebruiken zouden zijn als stabiele quantumbits \u2013 de bouwstenen van een toekomstige quantumcomputer.<\/p>\n

Familiebezoek<\/strong>
\nIn juni 2010 kwam het, nota bene op het strand van Santa Barbara, tot een overeenkomst met Microsoft. Een handdruk van Michael Freedman van de universiteit van Californi\u00eb en hoofd van de Microsoft Research Group bezegelde de ondersteuning van de softwaregigant aan het onderzoek: Kouwenhoven kon aan de slag.
\nIn de zomer van 2010 keerde Kouwenhoven terug naar Nederland. Uitgerust, opgefrist en bruisend van de nieuwe idee\u00ebn rekruteerde hij zijn onderzoeksteam: hij vroeg prof.dr. Erik Bakkers van de TU\/e om nanodraden te laten groeien van halfgeleidermateriaal \u2013 zijn specialisme is om superzuivere halfgeleiderkristallen te laten groeien op goudkorreltjes. Net afgestudeerd ingenieur Vincent Mourik trok hij aan als promovendus op het project, net als ir. Kun Zuo, die twee maanden later begon omdat hij na zijn afstuderen op familiebezoek naar China was.<\/p>\n

Ander materiaal<\/strong>
\nHet begin van het onderzoek liep voorspoedig: in het najaar van 2010 kregen Mourik en Kun de eerste nanodraadjes van indiumarsenide binnen vanuit Eindhoven. Ze bevestigden er contactjes aan, koelden het geheel af tot 273 graden onder nul en controleerden of het halfgeleiderdraadje supergeleidend werd. Dat bleek het geval.
\nOndanks de vlotte start stapten de onderzoekers begin 2011 over naar een ander materiaal: indiumantimoon of InSb. De reden daarvoor was dat elektronen in dit materiaal in een magneetveld een vijf maal groter onderscheid laten zien tussen verschillende spintoestanden. Daardoor kan het magneetveld (dat supergeleiding makkelijk verstoort) kleiner blijven.
\nHet was misschien een verstandige keuze om over te stappen om indiumantimoon, maar voor de onderzoekers werd het een hel. Want wat met indiumarsenide zo gemakkelijk ging (contactjes erop, afkoelen en supergeleiding meten), dat lukte met het nieuwe materiaal \u2018voor geen meter\u2019.<\/p>\n

Vergeefse pogingen<\/strong>
\nAnders dan het vorige materiaal vormde indiumantimoon een isolerend oxidelaagje dat een goed supergeleidend contact in de weg stond. Dus probeerden promovendi Mourik en Kun vanaf januari 2011 dat op allerlei manieren toch voor elkaar te krijgen. Elke poging duurde drie tot vier dagen: een nanodraadje op de chip bevestigen, een structuurtje erop maken en contactjes bevestigen, afkoelen en meten. Keer op keer lukte het niet. Dan stak Kouwenhoven zijn hoofd om de deur: \u201cHeb je al supergeleiding?\u201d. Nee dus. Wel ging het steeds vlotter. Soms haalden de onderzoekers twee tot drie nieuwe pogingen per week. Maar telkens hetzelfde resultaat: niks. Uiteindelijk, na zo\u2019n twintig pogingen in drie maanden tijd, besloten Zuo en Mourik het nanodraadje in dezelfde vacu\u00fcmkamer te etsen als waarin de contactjes opgedampt worden. Zo kon zich tussentijds geen oxidelaag vormen. Eind maart 2011 werden hun inspanningen beloond. Eindelijk constateerden ze supergeleiding in een nanodraadje van indiumantimoon.<\/p>\n

Miljoen euro<\/strong>
\nEind mei 2011 maakte FOM bekend dat ze de financiering van Microsoft ging matchen en hiervoor een gezamenlijk FOM-Microsoft-TU Delft \u2018Industrial Partnership Programma\u2019 ging oprichten. De Volkskrant schreef op 3 juni 2011: \u2018Microsoft en TU Delft werken samen aan quantumcomputer\u2019. De krant meldde ook dat Microsoft er een miljoen euro in had ge\u00efnvesteerd. Dat bedrag, dat later door iedereen werd overgenomen, is volgens Kouwenhoven uit de duim gezogen. Hoewel Microsoft geen mededelingen doet over de onderzoeksbijdrage, lijkt de orde van grootte wel te kloppen.
\nNa de zomer van 2011 besloten de onderzoekers niet twee maar \u00e9\u00e9n supergeleidend contact te gebruiken. Dit omdat in een supergeleidend nanodraadje een Majoranadeeltje moeilijk is aan te tonen. Naar verwachting zou het Majoranadeeltje zich manifesteren als een piekje in de geleiding bij nul volt over het draadje. Maar dat piekje zou in een supergeleidende nanodraad gemaskeerd worden door superstroompjes. Door \u00e9\u00e9n gouden en \u00e9\u00e9n Niobiumcontact te maken, wat wel meer werk is, konden de onderzoekers supergeleiding door de nanodraad voorkomen.
\nHelaas werkten de eerste chips die volgens de nieuwe inzichten gemaakt waren slecht. Pas in december 2011 kwamen Mourik en Kun met een verbeterde versie die al bij een tweede poging goed bleek te werken.<\/p>\n

Uniek gedrag<\/strong>
\nHet was tussen Kerstmis en Nieuwjaar 2011 dat Zuo samen met Kouwenhoven voor het eerst een glimp opving van Majoranagedrag. Mourik, die de kerstvakantie bij vrienden en familie doorbracht, legt uit wat ze zochten: \u201cBij een spanning van nul tussen de contacten kun je iets meer stroom door het draadje sturen. Bij een veranderend magneetveld en veranderende omgevingsspanningen moet het piekje daar blijven zitten. Dat is uniek gedrag.\u201d
\nIn januari 2012 testten Zuo en Mourik het geleidings-piekje op allerlei manieren. En langzaam groeide het vertrouwen dat ze een Majoranadeeltje in het vizier hadden. \u201cDat was een geleidelijk proces\u201d, vertelt Mourik. \u201cBij de supergeleiding in het indiumantimoondraadje was in een keer duidelijk dat het gelukt was. Nu ging dat veel geleidelijker.\u201d<\/p>\n

Geruchtenstroom<\/strong>
\nBegin februari 2012 voelde Kouwenhoven zich voldoende zeker van zijn zaak om er op een besloten bijeenkomst over te vertellen. Dat gebeurde op de Caribische Maagdeneilanden op uitnodiging van de Simons Foundation, die regelmatig bijzondere mensen naar ongewone plekken uitnodigt in de hoop dat daar nieuwe idee\u00ebn uit ontstaan. Kouwenhoven trof er onder anderen Michael Freedman, Ady Stern en collega\u2019s van het Weizmaninstituut uit Isra\u00ebl, mensen uit Harvard en van de Freie Universit\u00e4t van Berlijn.
\n\u201cBij sommigen viel het nieuws heel erg goed\u201d, herinnert Kouwenhoven zich, \u201canderen waren mild enthousiast en misschien was er ook iemand die dacht: so what?\u201d
\nWaar hij niet op had gerekend, was dat Ady Stern onmiddellijk na terugkomst er anderen over vertelde en de experimenten wilde gaan herhalen. Het gevolg was dat geruchten begonnen rond te gaan in de fysische gemeenschap, en dat collega\u2019s halsreikend uitzagen naar Kouwenhovens volgende presentatie.<\/p>\n

Wereldnieuws<\/strong>
\nDie vond plaats op 28 februari 2012 tijdens het congres van de American Physical Society. Het was precies twee jaar nadat Kouwenhoven had besloten dat Majorana\u2019s een interessant onderzoeksobject zouden zijn. De zaal was overvol. Het was net een metrostation in het spitsuur, schreef de verslaggever van Nature. Kouwenhoven presenteerde de meetresultaten van een maand eerder met het opmerkelijk bestendige piekje in de geleiding. \u201cHebben we Majorana fermionen gezien?\u201d besloot hij zijn presentatie, \u201cI\u2019d say it\u2019s a cautious yes.\u201d
\nNature meldde onmiddellijk \u2018Quest for quirky quantum particles may have struck gold\u2019 en daarmee waren Kouwenhoven en Majorana\u2019s opeens wereldnieuws. In Delft rinkelde de telefoon onophoudelijk en liep de mailbox vol met interviewverzoeken. Het antwoord was steeds: \u201cDank voor uw belangstelling, maar we hebben nog niks gepubliceerd en we kunnen dus niet op uw verzoek ingaan.\u201d
\nDe publicatie ging op 23 maart 2012 naar Science die het onmiddellijk liet reviewen. Op 12 april 2012 kwam de publicatie uit: \u2018Signatures of Majorana Fermions in Hybrid Superconductor-Semiconductor Nanowire Devices\u2019. Dat was het startschot voor de publiciteit. Die dolle donderdag kwamen RTL, NOS en Reuters langs op het lab. \u2018s Middags belde Kouwenhoven met de BBC en \u2019s avonds trad hij op bij Pauw & Witteman. Tussendoor hield hij nog een praatje voor het Radio 1-nieuwsprogramma \u2018Met het oog op Morgen\u2019. \u2018Een deeltje van niks heeft een revolutie ontketend\u2019, constateerde dagblad Trouw de volgende dag droogjes.<\/p>\n

 <\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Drie jaar geleden had Leo Kouwenhoven er nog nooit van gehoord. Afgelopen \u00advoorjaar haalde hij met zijn ontdekking van deze mysterieuze deeltjes de cover van \u00adScience. Wat gebeurde er in de tussentijd? Een reconstructie. Op 22 februari 2010 nam prof.dr.ir. Leo Kouwen-hoven op zijn gemak achter de computer wat artikelen door. Hij bracht zijn\u00a0sabbatical door […]<\/p>\n","protected":false},"author":2,"featured_media":0,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[5,24],"tags":[272,271],"class_list":["post-1580","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-artikelen","category-delta","tag-leo-kouwenhoven","tag-majorana"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.joswassink.nl\/inzicht\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/posts\/1580","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.joswassink.nl\/inzicht\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.joswassink.nl\/inzicht\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.joswassink.nl\/inzicht\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/users\/2"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.joswassink.nl\/inzicht\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Fcomments&post=1580"}],"version-history":[{"count":3,"href":"https:\/\/www.joswassink.nl\/inzicht\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/posts\/1580\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":1582,"href":"https:\/\/www.joswassink.nl\/inzicht\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/posts\/1580\/revisions\/1582"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.joswassink.nl\/inzicht\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Fmedia&parent=1580"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.joswassink.nl\/inzicht\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Fcategories&post=1580"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.joswassink.nl\/inzicht\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Ftags&post=1580"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}