Optical properties and thermal conductivity of resistive Au nanogranular films

Optische eigenschappen en warmtegeleiding in ultradunne goudfilms

In haar proefschrift bestudeert Charmaine Sibanda ultradunne goudfilms die bestaan uit piepkleine korrels—alsof je een goudkleurig zandtapijt onder een microscoop bekijkt. Met een precieze depositietechniek worden die korrels netjes op een oppervlak gelegd. Zo’n nanogranulaire goudfilm kan bij kamertemperatuur schakelen tussen verschillende elektrische toestanden. Dat is precies wat je nodig hebt voor neuromorfische computers: computers die informatie verwerken zoals ons brein, en daardoor energiezuinig leren en patronen herkennen.

Sibanda onderzocht niet alleen de elektrische schakeling, maar ook wat er met licht en warmte gebeurt in deze films. Met ultrakorte laserflitsen zag ze twee nieuwe “trillingswijzen” van de elektronen (zogeheten plasmonen) die pas opduiken na het schakelen. In ongeschakelde films waren die er niet. Dat betekent dat de film door het schakelen ook optisch verandert. Met een atoomkrachtmicroscoop zag ze bovendien kleine vormveranderingen aan het oppervlak die dit ondersteunen.

Bij zeer fel licht gedraagt de film zich als een slimme lichtklep: hij laat minder extra licht door naarmate het feller wordt (saturable absorption) en kan licht zelfs zelf een beetje bundelen. Ten slotte mat Sibanda hoe snel de “hete” elektronen hun warmte aan het materiaal afgeven. Dat tempo is hoog, wat benadrukt dat warmtebeheer belangrijk is als je zulke schakelaars betrouwbaar wilt laten werken.

Samen laten deze inzichten zien hoe je nanogranulaire goudfilms gericht kunt maken en benutten. Zo brengt dit proefschrift praktische, schaalbare en energiezuinige bouwstenen voor de intelligente computers van de toekomst een stap dichterbij.

Charmaine Sibanda voerde haar onderzoek uit bij het Zernike Institute for Advanced Materials, afdeling Oppervlakken en Dunne Lagen. Ze vervolgt haar loopbaan bij Thermo Fisher Scientific, Eindhoven, The Netherlands. 

Proefschrift: https://hdl.handle.net/11370/61ac64ae-c899-4da0-9daf-5c40f419ff02