Geboeid door de morfologie van een enkel nanodeeltje

Sinds 1 mei is Wiebke Albrecht aan boord bij AMOLF, als groepsleider van de nieuwe groep Hybrid Nanosystems. Met haar groep gaat Albrecht de interactie tussen verschillende componenten in complexe hybride nanosystemen onderzoeken. “Hoe kunnen we de morfologie en eigenschappen van zo’n nanosysteem op het niveau van een enkel deeltje beïnvloeden, is de grote vraag.”

De planeet
Al op jonge leeftijd had Albrecht de overtuiging dat ze iets moest doen voor de planeet. Tijdens haar studie natuurkunde werkte ze in het Helmholtz-Zentrum, waar onderzoek aan complexe materialen en materiaalsystemen bijdraagt aan de energietransitie. Albrecht blikt terug: “Ik dacht aan onderzoek voor nieuwe energie, zoals solar harvesting. Bij Helmholtz deden de collega-natuurkundigen vooral veel toegepast onderzoek. Daar ontdekte ik dat ik fundamenteel onderzoek interessanter vond. Mijn master in Nijmegen, en ook mijn promotieonderzoek bij de Soft Condensed Matter groep aan de Universiteit Utrecht, richtten zich op nanodeeltjes. Ik vind het superboeiend dat deeltjes zich op kleine schaal anders gedragen dan op de grote schaal.” ‘Klein’ houdt in Albrechts onderzoek 5 tot 100 nanometer in.

De grootte en vorm van het nanodeeltje
Op grotere schaal zijn eigenschappen meestal afhankelijk van het materiaal en niet van de grootte of de morfologie. Halfgeleiders hebben bijvoorbeeld een bandkloof die ervoor zorgt dat licht kan worden omgezet in elektrische stroom. Metalen hebben geen bandkloof. Dat zorgt ervoor dat de elektronen in metalen mobiel zijn en daarom geschikt voor het geleiden van elektriciteit van A naar B. Op de nanoschaal werkt het anders, legt Albrecht uit: “Afhankelijk van de grootte, maar ook van de vorm van het nanodeeltje, vierkant, rond of langwerpig, veranderen de optische eigenschappen, zoals de kleur. Mijn doel is nanodeeltjes van verschillende materialen, metalen en halfgeleiders, samen te brengen en te onderzoeken welke interacties plaatsvinden als twee van dergelijke nanodeeltjes dicht bij elkaar, of in verbinding zijn.”

Belangrijk voor zonnecellen
In metalen nanodeeltjes kunnen elektronen resonante trillingen vertonen. Deze trillingen vertegenwoordigen een hoge energie, maar op een tijdschaal van slechts enkele femtosecondes wordt deze energie omgezet in warmte. Om dit te voorkomen hoopt Albrecht de lading en energie van een metaaldeeltje naar een halfgeleider over te kunnen dragen. “Door er een halfgeleider bij in de buurt te brengen, zouden elektronen met een hoge energie langer kunnen leven en deze energie kunnen overbrengen, wat bijvoorbeeld voor fotokatalyse of fotovoltaïsche zonnecellen belangrijk is. Als uit mijn fundamentele onderzoek uiteindelijk nieuwe concepten van hybride architecturen komen die toepasbaar zijn voor solar harvesting en quantum informatieverwerking, ben ik een gelukkig mens.”

Tomografie
“Het is complex”, vervolgt ze. “Er is nog weinig kennis van optische eigenschappen in combinatie met de morfologie van dit soort systemen. Toch moet je die complexe 3D-morfologie op de nanoschaal kunnen meten.” Tijdens haar postdoc aan de Universiteit Antwerpen deed Albrecht ervaring op met elektronentomografie, elektronenmicroscopie in 3D, vergelijkbaar met CT-scanning technologie. Via een combinatie van in-situ tools en snelle elektronentomografie slaagde ze erin om in 3D te laten zien hoe gouden nanodeeltjes van vorm veranderen. Bij AMOLF gaat ze deze geavanceerde techniek ook inzetten.

Naadloos
Waarom koos Albrecht voor AMOLF? Albrecht: “Van congressen en conferenties kende ik een aantal onderzoekers van AMOLF en ik was altijd onder de indruk van het onderzoek, van de richtingen en de resultaten. Ook hoorde ik goede verhalen over de organisatie, de samenwerking en hoe iedereen meedenkt over nieuwe onderzoeksrichtingen. Mijn onderzoek past naadloos bij de AMOLF thema’s. Tijdens de verkennende gesprekken bleek de klik wederzijds.” Ze verwacht bij AMOLF samen te gaan werken met een groot aantal collega’s, uit groepen binnen en buiten het thema Designer Matter: “Ik ben met iedereen aan het praten en ik schiet van het ene goede idee in het andere.”