Een langdurige, intensieve Leids-Delftse samenwerking is die tussen de onderzoeksgroepen van natuurkundigen Herre van der Zant (Technische Natuurwetenschappen, TU Delft) en Sense Jan van der Molen (LION, Universiteit Leiden). Een natuurlijke keuze, vinden beide onderzoekers. Een dubbelinterview.
Hoe ziet jullie samenwerking eruit?
Sense Jan van der Molen: We werken al twintig jaar samen op het gebied van de moleculaire elektronica of moleculaire geleiding. Daarbij onderzoeken we hoe elektronen door quantumsystemen stromen, bijvoorbeeld losse moleculen. Op dat gebied hebben we een aantal onderzoeksprogramma’s gehad. Drie of vier, Herre?
Herre van der Zant: Vier onderzoeksprogramma’s: altijd tussen Leiden en Delft, kleine programma’s, heel gefocust op één onderwerp, met een stuk of vijf promovendi.’
Wat voor onderzoek doen jullie nu?
SJvdM: Op dit moment werken we aan een fenomeen dat chirality induced spin selectivity heet, CISS. Dat is een heel fascinerend iets: twintig jaar geleden ontdekte een Israëlische onderzoeksgroep dat er een verband is tussen de chiraliteit -of een molecuul linksdraaiend of rechtsdraaiend is- en de geleiding van elektronen, dus elektrische stroom.
Elektronen hebben een spin, een soort interne draairichting, en dan zie je dat elektronen met de spin linksom beter door een linksdraaiend molecuul stromen dan die met de spin rechtsom. Of juist andersom -dat hangt van het molecuul af- maar er is een koppeling, en dat is eigenlijk heel raadselachtig.
Waarom raadselachtig?
SJvdM: Nou, er zijn twee uitdagingen. Eén: we hebben er geen goede theoretische onderbouwing voor: het effect kan in principe wel verklaard worden. Maar niet niet met deze grootte: we zitten er een factor duizend naast. En dat is wel een probleem.
En twee: wij vinden een deel van de experimentele publicaties hierover -hoe zeg ik dat netjes?- “nogal optimistisch” in de uitwerking van de resultaten. Zeg ik dat goed, Herre?
HvdZ: ‘Ja, dan gaat het om referentiemetingen die niet gedaan zijn, of statistiek die niet duidelijk is beschreven. Dus wij hebben ook veel metingen gedaan, in Delft en in Leiden. En dan zien we het fenomeen ook wel, alleen: niet consistent, niet reproduceerbaar. De ene dag kloppen je data precies met wat anderen laten zien, maar de volgende dag meet je weer wat anders.
SJvdM: ‘Dat maakt het ongrijpbaar, maar ook heel spannend, en de impact zou best wel groot kunnen zijn.’
Wat zou de impact kunnen zijn?
HvdZ: ‘Dan kun je denken aan manieren om elektronen te scheiden op draairichting. Dat zou een uitkomst zijn voor een nieuw type elektronica, spintronica, dat veel nieuwe technologische mogelijkheden biedt.’
SJvdM: ‘Je kunt ook de vraag stellen of dit belangrijk is geweest bij het ontstaan van het leven. In de biologie is de draairichting van moleculen vaak belangrijk, misschien hebben die ‘keuzes’ van de evolutie te maken met de rol van elektronspin in fotosynthese, of iets vergelijkbaars. Daarmee zou er ook impact zijn buiten de natuurkunde, dat vind ik wel fascinerend.’
En hoe is dan de rolverdeling Leiden-Delft?
SJvdM: ‘We zijn heel aanvullend op elkaar. De moleculen worden in ieder geval voor een deel in Delft gemaakt, verder doen we verschillende metingen. In Leiden onderzoeken we veel moleculen in parallel op een ondergrond, bijvoorbeeld met een speciaal type elektronenmicroscoop. We hebben trouwens net nieuwe resultaten die Herre nog niet gezien heeft.’
HvdZ: ‘Oh! Wat wij doen is kijken naar de geleiding van een enkel molecuul. De apparatuur daarvoor komt weer uit Leiden, dus we wisselen ook apparatuur en kennis uit. En ook studenten, die komen dan kijken hoe wij het hier doen, en andersom’
SJvdM: ‘Het is gewoon een heel langdurige logische samenwerking.’
Maar Delfteriken zijn toch fietsenmakers en Leidenaren theoretici?
SJvdM: ‘Ha, dat is het beeld ja. Maar er is in Leiden, naast theoretisch onderzoek, ook veel experimenteel natuurkundig onderzoek. Dat moeten we eigenlijk beter voor het voetlicht krijgen. Maar andersom rekenen er in Delft ook theoretisch natuurkundigen aan.’
Gaat de samenwerking alleen over onderzoek?
HvdZ: ‘Nee, we hebben heel lang samen een vak gegeven voor studenten, moleculaire elektronica, om het jaar in Delft en Leiden. Alleen we zien dat corona daar wel impact gehad heeft. Studenten reizen nu minder, je krijgt ze niet meer in de trein. Ze doen eventueel wel via Zoom mee. Maar dat werkt niet prettig, wij wilden juist een gemeenschap opbouwen. Dat vak is helaas gesneuveld, ook omdat twee docenten met pensioen gaan. Maar goed, na twintig jaar is het ook goed om weer eens te vernieuwen.’
En hoe zit het bij andere onderzoeksgroepen?
SJvdM: ‘In de natuurkunde zijn er veel meer samenwerkingen, bijvoorbeeld bij Quantum Computing, waar veel theoretisch werk in Leiden wordt gedaan, en experimenten in Delft. Maar ook op andere gebieden, zoals nanofysica en biofysica.
SJvdM: ‘We hebben ook altijd veel promovendi gedeeld tussen Leiden en Delft, in de Casimir-onderzoeksschool. Die zaten dan ook een poos op de andere universiteit. Ze hadden ook een gezamenlijk uitje: zeilen in Friesland. Casimir hing weer samen met het gezamenlijke NWO-zwaartekrachtprogramma Nanofront, dat nu aan het aflopen is.’
HvdZ: ‘Casimir en Nanofront hebben allebei heel goed gewerkt om de banden aan te halen, die er overigens ook daarvoor al waren.’
En in de toekomst?
SJvdM: ‘Het is wel spannend om te zien hoe dat nu verder gaat. Maar de connectie Leiden-Delft is heel sterk, en ook heel logisch. In ieder geval voor mijn stukje van de natuurkunde, maar eigenlijk voor iedereen hier.’
Tekst: Bruno van Wayenburg
