Wat zou het handig zijn als de harde schijf van onze computer niet meer hoefde te draaien om te worden uitgelezen. Al dat gedraai kost energie, het veroorzaakt nutteloze warmte en slijtage. Het afstudeeronderzoek van Frank Schoenaker kan eraan bijdragen dat het uitlezen van gegevens ooit volledig bewegingsloos plaatsvindt.

Het opslaan van digitale gegevens op een harde schijf is mogelijk dankzij een magnetiseerbaar laagje op de schijf. De wisselende magnetische gebieden worden door een kop onder de harde schijf geschreven en uitgelezen. Daarvoor moet de schijf wel draaien, tenzij de magnetische gebieden zelf in de juiste richting verschuiven. Om dit mogelijk te maken, is veel kennis nodig over het fijne magnetische materiaal waarvan het laagje op de schijf is gemaakt.

Schoenaker, student Technische Natuurkunde, houdt zich bezig met ‘Electron Beam Induced Deposition’ (EBID), een nieuwe methode om op nanoniveau structuren van ijzer te maken. In een hoog vacuüm systeem brengt hij een draaggas ( Fe2(CO)9 ) met daarin ijzeratomen. Dat gas slaat neer op een ondergrond van silicium, zoals watergas condenseert tot druppels op een raam. Recht boven het siliciumplaatje hangt een elektronenkanon dat elektronen versneld en gericht op het materiaal schiet. Door de interactie met de elektronen gaan de draagmoleculen kapot. Het CO-gas vervliegt vervolgens grotendeels en de zwaardere ijzeratomen blijven achter op het substraat.

“Door te spelen met de focus van de elektronenbundel, kunnen we unieke structuren van ijzer creëren”, vertelt Schoenaker. “Als we de elektronen een tijdje op dezelfde plek richten, ontstaat er een ophoping van ijzer. Zo kunnen we ook driedimensionale structuren maken. Dat kan heel nuttig zijn om verbindingen tussen twee punten te maken zonder tussenliggende elementen te raken.”

De ijzerstructuren zijn nog vervuild met kool- en zuurstofmoleculen. Schoenaker optimaliseerde het depositieproces door de energie en de stroomdichtheid van de elektronen te variëren, evenals de kwaliteit van het vacuüm. Zo schroefde hij de puurheid van het ijzer op tot vijfenzeventig procent van het materiaal. “Dat is een mooi resultaat”, zegt de student, “want normaliter wordt een percentage van dertig tot vijftig procent puurheid gehaald.”

Om in de toekomst bruikbaar te zijn voor toepassingen zoals hierboven beschreven, moet het ijzer wel magnetisch zijn. Uit experimenten blijkt dat dit inderdaad het geval is. “Die uitkomst is heel verrassend”, vindt Schoenaker. “We hadden het magnetische gedrag pas bij nog puurdere deposities verwacht.”

De toepassing van zijn onderzoek ligt nog ver in de toekomst, geeft Schoenaker toe. “Maar wat voor mijn studie geldt, geldt ook hier: ik doe het vooral omdat ik het erg leuk vind.”

Tekst: Enith Vlooswijk
Fotomontage: Rien Meulman