Robert Smit promoveerde cum laude. “Ik ben blij om weer in het laboratorium te zijn.”

Smit voerde zijn promotieonderzoek uit in de groep van Michel Orrit, waar onderzoekers met slechts enkele moleculen een wereld van de natuurkunde onthullen. “Je zou kunnen zeggen dat ik aan drie verschillende projecten heb gewerkt”, lacht de promovendus. “Als onderzoeker kun je altijd nieuwe dingen leren, het lijkt bijna een hobby.”

Extreem snelle en zuinige transistors.

Alleen al in je smartphone zitten miljarden transistors. Deze schakelaars zorgen ervoor dat er stroom doorheen gaat of stopt het. Als we het nog efficiënter kunnen maken, zal het een aanzienlijke impact hebben. “Zo ver zijn we nog niet, maar Michel werkt al vijftien jaar aan de droom om een ​​volledig optische transistor te maken”, zegt Smit. “Het zou extreem snel en zuinig zijn.”

Om dit te doen bracht Smit een molecuul in een specifieke energietoestand, de zogenaamde triplettoestand. Wanneer het terugkeert naar de grondtoestand, geeft een uitgezonden foton een kleine hoeveelheid energie vrij. ‘Dat heet fosforescentie en dat is precies wat ik wilde detecteren. Het molecuul zendt gedurende een wat langere periode zeer zwak licht uit. Een beetje zoals de glow-in-the-dark sterren in veel kinderkamers. Om dat signaal te meten moest ik al het omgevingslicht blokkeren, dus mijn opstelling was volledig afgeschermd met stof. Het ontdekken van die fosforescentie was een heel interessant moment in mijn PhD.’

Er is echter nog veel werk te doen. “We moeten er nog steeds voor zorgen dat het molecuul op een efficiëntere manier de triplettoestand binnengaat. Bovendien koelen we nu alles tot vier graden Kelvin, wat niet zo handig is voor alledaagse technologieën.’

Een kleine sensor en bron van afzonderlijke fotonen

“In mijn tweede project heb ik een microsensor gemaakt waarin één enkel molecuul een elektrisch veld kan detecteren”, legt de onderzoeker uit. “Dit is mogelijk omdat het spectrum van een molecuul met aan de ene kant een licht positieve lading en aan de andere kant een negatieve lading (een dipool) verschuift in een elektrisch veld. Hierdoor kunnen veranderingen in het elektrische veld op veel kleinere schaal worden gemeten dan met bestaande sensoren, namelijk op moleculair niveau. Wie weet wordt dit ooit toegepast om bijvoorbeeld fotovoltaïsche cellen uit zonnepanelen efficiënter te maken.’

Voor zijn derde project experimenteerde Smit met het plaatsen van een molecuul in een 2D-materiaal, zoals grafeen. “Als je het opwarmt, lijkt het alsof je een bron krijgt van individuele fotonen die niet van elkaar te onderscheiden zijn. Deze fotonen zijn bijvoorbeeld belangrijk voor onderzoek naar quantumnetwerken en communicatie.’

Na een uitstapje in het bedrijf keert u terug naar het onderzoek

Zijn begeleider Orrit is zeer tevreden over zijn werk. ‘Robert is een zeer onafhankelijke onderzoeker, die zijn experimenten grotendeels zelf heeft ontworpen en uitgevoerd. Onze interactie was meer een gesprek met een collega dan de begeleiding van een typische promovendus. Ik denk met veel plezier terug aan onze samenwerking.’ Smit had de kwalificatie cum laude niet verwacht. “Dat was echt de kers op de taart. Na mijn master heb ik een tijdje in de financiële sector gewerkt. Uiteindelijk was dit voor mij niet zo vernieuwend en uitdagend als het onderzoek”, blikt Smit terug op zijn carrière. ‘Ik ben blij om weer in het lab te zijn. Ik kan mijn nieuwsgierigheid hierover volledig uiten.’