Columns:
Het genoegen van een ontdekking
Leo Kouwenhoven
Natuurkunde
Leo Kouwenhoven is KNAW-lid en hoogleraar Fysica aan de Technische Universiteit Delft
Bij het Bell Laboratorium hadden ze het al laten zien: enkele elektronen die één voor één door een nanostructuur van metaal springen. Normaal is een elektrische stroom een zee van elektronen die door een geleider stroomt. Een Russische school van theoretici had echter berekend dat de afstotende kracht tussen elektronen in hele kleine geleiders kan leiden tot stroompjes van enkele elektronen.
Het experiment van het Bell Lab was het begin van een nieuw vakgebied. Iedereen liep rond met nieuwe ideeën; we kunnen nu dit doen en dat proberen, etcetera. Continu waren er discussies in onze vakgroep over enkele elektronen. De discussies werden gevoed door de aanwezigheid van verschillende Russische theoreten. In 1990 begon het in de Sovjet-Unie wat gemakkelijker to worden om visa te krijgen voor langere bezoeken aan buitenlandse universiteiten. Wij hebben daarvan uitgebreid geprofiteerd door verschillende top-Russen tijdelijk bij ons te laten werken. Onder andere de grote leider van de Russische school zat voor een aantal maanden bij ons in de vakgroep. Deze elektronen-goeroe was altijd klaar voor een discussie. Als echter bleek dat je eigenlijk niet wist waar je het over had, maakte hij gehakt van je. Als je daarentegen in de discussie overeind bleef, dan was je op het juiste pad.
Zelf wilde ik enkele elektronen bestuderen in halfgeleiders. De resultaten vanuit de metallische nanostructuren waren mijn inspiratiebron. Ook in de halfgeleidergemeenschap was er zware concurrentie. Voordat je experimenten kon uitvoeren moest er eerst worden gefabriceerd, met chiptechnieken kleine doosjes maken. Het fabriceren ging goed, maar als we wilden gaan meten, ontploften de doosjes. Minuscule kleine elektrische schokjes waren voldoende om de nanometer-schaal doosjes letterlijk op te blazen. Tot overmaat van ramp kwam daar die publicatie van concurrenten op Massachusetts Institute of Technology (MIT). Zij claimden enkele elektronen in halfgeleiders. Het experiment was maar matig uitgevoerd en hun theorie klopte ook eigenlijk niet. Maar toch, ze konden een claim maken en dat deden ze dan ook volledig.
Na de metingen was het artikel snel geschreven. Het werd een mooie publicatie in Physical Review Letters.
In februari 1991 was het dan eindelijk zover. Alle problemen met elektrische schokjes waren opgelost en ik had mijn halfgeleider werkend in de meetopstelling. Niemand mocht in de buurt komen, alle elektrische schakelaars waren afgeplakt zodat niemand schokjes kon genereren. Mijn werkende halfgeleider was heilig en moest overleven om een volledig experiment te kunnen doen om het opsluiten van enkele elektronen te bewijzen. De eerste testmetingen kon ik nog twee dagen geduldig en nauwkeurig uitvoeren. Daarna was ik niet meer te stoppen. Ik ben gewoon de hele nacht doorgegaan (met radiospelletjes van Kees Schilperoort op de achtergrond). Na elk meetresultaat kwam er weer een nieuwe vraag bij me op waarvan ik het antwoord per se moest weten, en wel onmiddellijk! Niet naar huis dus, maar gewoon doormeten.
Een foto van het halfgeleider sample hebben we later met de computer ingekleurd. Het heeft de cover gehaald van Physics Today (januari 1993).
Met overdag wat slaapjes heb ik een week lang ’s nachts doorgewerkt. Ik was geestelijk ver weg van mijn vakgroepgenoten (om maar niet te spreken van vrienden of familie), maar heel dicht bij mijn elektronen. Na een aantal nachten weet je precies wat die elektronen daar aan het doen zijn. Het experimenteren wordt dan uiterst gemakkelijk. Elke meting is dan raak en elke voorspelling komt dan ook uit. De natuur, en voor mij op dat moment elektronen in een doosje, heeft dan geen geheimen meer. En dat exclusief voor mij, want ik was de eerste die in dit stukje natuur was doorgedrongen.