Wetenschappers ontwikkelen designer materialen

Wetenschappers maken nieuwe materialen met ongekende eigenschappen door ze atoom voor atoom op te bouwen.

Alles om ons heen is opgebouwd uit een handjevol basismaterialen die wederom zijn opgebouwd uit electronen, protonen, neutronen en dergelijke. De eigenschappen van een materiaal, hoe sterk, flexibel of geleidend het is, wordt bepaald door de onderlinge verbindingen tussen atomen, die op hun beurt weer de rangschikking van de electronen van een molecule bepalen. Het potlood waarmee je schrijft bestaat uit koolstof en is zacht, terwijl koolstof door de natuur anders gerangschikt ook het hardste materiaal kan zijn, zoals een diamant.

Wetenschappers van de Stanford Universiteit is het gelukt om electronen te verplaatsen waardoor designer materialen ontstaan met eigenschappen die in de natuur niet voorkomen. Met een scanning tunneling microscoop plaatste de wetenschappers individuele koolstof monoxide moleculen op een plaat koper waardoor 'moleculair grafeen' ontstond. Dit materiaal is geheel nieuw. Hoewel de electronen zich gedragen als grafeen is het geen grafeen.

Vervolgens verplaatsten de wetenschappers individuele atomen waardoor de structuur en de rangschikking van de electronen in het materiaal veranderd werden. Zo lukten het ze om electronen 'te laten denken' dat ze zich in een enorm magnetisch veld bevonden, terwijl dat niet het geval was.

De implicaties van een dergelijke ontwikkeling zijn enorm. Door atomen en electronen naar wens te rangschikken kunnen we in de toekomst designer materialen verwachten die precies de eigenschappen hebben die we willen maar die niet in een natuurlijke omgeving te vinden zijn. Of misschien kunnen we straks synthetisch goud of zilver maken. Wellicht is dit ook het prille begin van een Star Trek Replicator als een toekomstige generatie 3d-printers, die met slechts enkele basismaterialen alles naar wens atoom voor atoom kunnen printen.