Nieuws

Kleien met atomen


In de middeleeuwen probeerden alchemisten tevergeefs om lood in goud te veranderen. Zou het tegenwoordig wel kunnen?

Sinds de ontdekking van radioactiviteit weten we dat alleen door kernreacties een natuurlijk atoom te veranderen is in een ander atoom. Alleen door op de een of andere manier uit de kern van een loodatoom drie protonen te verwijderen is het te veranderen in een goudatoom.

Toch is het idee om de ene atoomsoort te veranderen in een andere minder gek dan het lijkt. De meeste eigenschappen van atomen, zoals hun chemische gedrag of hun kleur, hangen namelijk niet af van de zware neutronen en protonen waaruit de atoomkern bestaat, maar slechts van de ijle negatief geladen elektronenwolk die daar omheen zit.

Chipmaker Intel is hard aan het experimenteren met programmeerbare materie. Op dit plaatje zie je hoe ze met atomen 'kleien'. Van een tweedimensionaal vlak kan een driedimensionaal object worden gemaakt. Zelf een poppetje in een andere kleur is mogelijk.

Chipmaker Intel is hard aan het experimenteren met programmeerbare materie. Op dit plaatje zie je hoe ze met atomen 'kleien'. Van een tweedimensionaal vlak kan een driedimensionaal object worden gemaakt. Zelf een poppetje in een andere kleur is mogelijk.

Eén enkel elektron vormt de elektronenwolk van een waterstofatoom, een elektronenwolk met twee elektronen gedraagt zich als het edelgas helium enzovoort.

Hoe positiever de kern is geladen, hoe meer elektronen deze van buiten invangt.

In kwantumputten, een speciaal soort halfgeleiders waarin elektronen worden gevangen, gebeurt precies dit. Door de lading onder in de put te vergroten of te verkleinen, wordt het aantal elektronen in de put vergroot of just verkleind.

Stel, de put heeft negen elektronen ingevangen en gedraagt zich als een agressief fluoratoom. Wordt nu de lading van de put met één verhoogd, dan gaat het programmeerbare atoom zich als chemisch neutraal neonatoom gedragen.

In veel chemische productieprocessen moeten nu vervuilende, giftige en agressieve stoffen als chloor gebruikt worden als tussenstap. Dit is niet meer nodig als een programmeerbaar atoom hun rol overneemt.

Met programmeerbare atomen kun je compleet nieuwe stoffen maken. Je zou zelfs met een atomaire 3D-printer een materiaal opbouwen. Dat materiaal kan natuurlijk ook een computer op nanoschaal zijn.

Een tweede prettige eigenschap van programmeerbare materie is dat de kleur van het oppervlak snel kan worden veranderd. Het kopen van een nieuw bankstel omdat de kleur beter bij de gordijnen past, is niet meer nodig. Kamerbrede TV-schermen op de muur zijn eenvoudig te realiseren – als het programma-aanbod tenminste interessanter wordt dan nu.

Of, leuker: de woonkamer inrichten als een strand met wuivende palmen voor een feestje, een middeleeuwse inquisitiekerker als de kinderen vervelend zijn, een landschap uit de Jura met hongerige tyrannosaurussen voor een avondje griezelen of een blokhut met huilende sneeuwstorm voor knus bij de open haard.

Kwantumputten zijn nu onderwerp van intensief onderzoek. De eerste materialen waarin quantum dots, tweedimensionale kwantumputten, zijn verwerkt zijn nu al op de markt. Kortom: al te lang hoeven we waarschijnlijk niet meer te wachten op de eerste serieuze toepassingen van programmeerbare atomen.