SjoerdRoorda

Mijn onderzoek betreft het veranderen en analyseren der materie met behulp van energieke ionenbundels. Hier volgt een korte beschrijving van onderwerpen die nu in de belangstelling staan, of die voortdurend terugkeren.

Atomaire structuur van amorfe halfgeleiders

Een paar atomen en buren in amorf silicium

Een vol begrip van de structuur der amorfe halfgeleiders, vooral silicium, is belangrijk voor onze fundamentale kennis der materie (wat is de invloed van wanorde op atomaire schaal) alswel voor meer pragmatische redenen (amorf silicium wordt gebruikt in laser printers and zonnecellen, of is het zonnencellen). Ik maak gebruik van hoge-energie roentgen diffractie en bepaal daarmee de zogenaamde "radial distribution function", dwz de projectie van de gemiddelde dichtheid als een functie van de afstand van een willekeurig centraal atoom. Die informatie kan dan gebruikt worden om theoretische en computer modellen van de atomaire structuur van amorf silicium te toetsen. Met behulp van deze gegevens kan worden afgeleid wat de verdelingen van de tetrahedrale en dihedrale hoeken zijn. Voor een illustratie , zie het figuur) hier naast afgebeeld.

Een aantal vragen wacht nog op antwoord: Kunnen we tweede en derde buren van elkaar onderscheiden in amorf silicium ? Kunnen we de zogenaamde parakristallijne modelen voorgoed uitschakelen als bona-fide beschrijving van de structuur van amorf silicium ? Wat veroorzaakt de kleine maar beslist aanwezige piek in het diffractiepatroon die zichtbaar is op de halve hoek van de eerste scherpe diffractie piek ? Is amorf silicium "hyper-uniform" ? Zijn elementaire vakatures in amorf silicium stabiel of lossen ze op in een algemeen toenemende wanorde ?

Een aantal relevante publikaties behandelen de atomaire structuur van amorf silicium, amorf germanium, een kommentaar op de geldigheid van het parakristallijne model, en de meting van anisotropie in amorf silicium. Vergeet niet de volledige lijst der publikaties.

Snelle zware ionen in vaste stoffen

Electronen microscopie van een vervormd deeltje

Het bestralen van een materiaal met zogenaamde snelle zware ionen (zwaarder dan He, met een MeV of meer per kerndeeltje) geeft aanleiding tot interessante en soms onverwachte effecten. Een volledig begrip van deze verschijnselen is nodig om te kunnen verklaren dat we alles weten van het gedrag der materie ver van evenwicht en heeft konsekwenties (konsequenties, consekwenties ? ben al een tijdje uit nederland weg ...) voor toepassingen van nano-ingenerie en de opslag van radioactief afval. Een voorbeeld van zo'n effect is te zien in het figuur hier naast, waarin een TEM opname wordt afgebeeld van een goud deeltje, verpakt in een silica glas omhulsel en bestraald met 30 MeV Se ionen. The stippellijnen geven de originele contouren aan van het gouddeeltje en het glas omhulsel. Het glas is vervormd als of het met ionen is behamerd (dwz, het is platter geworden; minder dik en wijder, in een vlak loodrecht op de richtng van de ionenbundel), maar het gouddeeltje is vervormd zodat het op een sigaar lijkt en in dit geval staat the sigaar in the richting van de ionenbundel. Zulke uitgerekte metaaldeeltjes vertonen interessante lineare en niet-lineare optische uigenschappen vanwege oppervlakte plasmon resonanties.

Vele vragen op dit gebied blijven vooralsnog onbeantwoord. Smelt het materiaal eventjes ? Maakt het iets uit dat er een hoeveelheid impuls wordt overgedragen ? Hoeveel ionen zijn nodig om een meetbare vervorming te bewerkstelligen ? Waardoor wordt de minimale doorsnee van de metaal sigaartjes bepaald ? Kan silicium amorf worden gemaakt met snelle zware ionen en zo ja, wat zijn de eigenschappen daarvan ?

Enkele relevante publikaties gaan over lateraal materiaal transport, vervorming van omhulste nanodeeltjes, en niet-lineare optische eigenschappen van nanosigaren. Zie ook de volledige lijst der publikaties.

Nanostructured organic photovoltaics

Rotterdam central station roof with solar cells

Het alomtegenwoordig and dagelijks gebruik van fossiel brandstoffen leidt tot een warmer klimaat, Kernenergie zou een uitweg kunnen bieden, maar daar krijgen velen de kriebels van en bovendien geeft dat weer grote hoeveelheden radioactief afval. Het is de hoogste tijd dat we betaalbare bronnen van duurzame energie ontwikkelen. In het verleden heb ik meegewerkt aan het vebeteren van industrieel geproduceerde poly-kristallijne silicium zonnecellen. Op dit moment is er een veelbelovende ontwikkeling in plastic zonnecellen: het gebruik van nano-structuren ter vebetering van het omzettingsrendement. In principe kunnen organische zonnecellen veel goedkoper gemaakt worden dan inorganische. Als alles optimaal is, duurt ook korter voordat je de energie die je in de fabrikatie hebt geinvesteerd, hebt terugverdient. Het is echter moeilijk om hoge omzettingsrendementen te behalen want de lichtegegenereerde excitons en ladingsdragers hebben de neiging te de-exciteren of te herkombineren voordat de electrische lading kan worden gekollecteerd. Een verbetering over de enkele, platte junctie is cel met een zogenaamde bulk heterojunctie. Wij zijn van plan dat laatste ontwerp verder te verbeteren, en wel door een nano-structuur op te leggen aan een enkele (maar dus niet langer platte) junctie middels een stencil gemaakt van nano-poreus alumina.