Als het even kan, neemt hoogleraar Harold Zandvliet het liefst studenten zo snel mogelijk mee het lab in. Ook nu leidt hij zijn bezoek graag rond. Ter plekke is promovendus Dennis Klaassen druk bezig met het uitvoeren van metingen. Wat hij op zijn schermen ziet gebeurt een meter verderop, op een schaal die bijna niet voor te stellen is. Een superscherpe naald beweegt onder bijzonder lage druk op een afstand van minder dan een nanometer – één miljoenste millimeter – over een oppervlak. Op zoek naar andere atomen, in een afgesloten omgeving onder bijzonder lage luchtdruk.
'We zien het zelfs terug in de metingen als iemand z’n fiets wat ruw in het fietsenrek zet'
Hoe ontzettend fragiel dat spanningsveld en die experimentele setting is, weet Zandvliet feilloos uit te leggen: ‘We houden altijd het speelschema van FC Twente in de gaten. Bij de euforie na een doelpunt voor de thuisclub zijn de trillingen zo heftig dat de naald het oppervlak raakt en daardoor onbruikbaar wordt. Dan hebben we zeker een paar dagen nodig om een nieuwe tip te prepareren.’ Ook dit (voorlopig) povere seizoen van de lokale FC neemt Zandvliets vakgroep Physics of Interfaces and Nanomaterials geen risico. ‘Sterker nog, we zien het zelfs terug in de metingen als iemand z’n fiets wat ruw in het fietsenrek zet hierbuiten.’
Studie en promotie in Twente
Harold Zandvliet kwam in 1981 naar Twente voor een studie technische natuurkunde, toen de UT nog de Technische Hogeschool Twente (THT) heette. Als geboren Haarlemmer, verhuisd naar Friesland, een logische keuze. ‘Toen trok de THT met name studenten uit de Noordelijke provincies’, vertelt hij. ‘Op de open dagen sprong voor mij de voorlichting van de UT eruit, die was op orde. En de campus natuurlijk, waarbij huisvesting en andere faciliteiten goed geregeld waren.’
Na zijn studie koos Zandvliet voor een promotie bij de vastestoffysica-vakgroep, gevolgd door een uitstapje van een paar jaar naar het vermaarde NatLab van Philips in Eindhoven. In 1992 keerde Zandvliet terug aan zijn alma mater, opnieuw bij de vastestoffysica-vakgroep. Die leidt hij sinds 2010, onder de latere noemer Physics of Interfaces and Nanomaterials.
Fascinatie voor materialen
Want door de jaren heen heeft de hoogleraar zijn vakgebied behoorlijk zien veranderen. Waar het begon met onderzoek naar de eigenschappen van halfgeleiders, richtte hij zich vervolgens op het werken met ultradunne nanodraden. De laatste jaren houdt Zandvliet zich met zijn collega’s vooral bezig met de eigenschappen van 2D-materialen, met name grafeen. ‘Een prachtig materiaal’, als je de hoogleraar moet geloven – en hij legt meteen geestdriftig uit waarom. ‘Wat er bijzonder aan is, is dat het één laag atomen is, met een soort kippengaasstructuur. Bepalend voor de eigenschappen van een materiaal is hoe elektronen zich gedragen. Het bijzondere van grafeen is dat de elektronen zich bewegen als deeltjes zonder massa, waardoor het materiaal onder andere bijzonder geschikt is als geleider van warmte en elektriciteit.’
Hoewel grafeen wel voorkomt in de natuur, groeit het allesbehalve aan de spreekwoordelijke bomen. De kunst is dus om materialen te maken die op grafeen lijken. ‘Zoals siliceen of germaneen. Dat zijn materialen die wel zelf moeten groeien en synthetiseren, om vervolgens te kijken of ze dezelfde eigenschappen hebben als grafeen. Dat doen wij in onze laboratoria.’
Leven in het siliciumtijdperk
Hoewel dat werk in de laboratoria plaatsvindt op een schaal die het blote oog niet kan waarnemen, is de toepassing ervan dichterbij dan menigeen kan voorstellen. Zandvliet tovert wat attributen tevoorschijn, te beginnen met een buis van een ‘klassieke’ buizenversterker. ‘Echte fijnproevers en audiofielen zweren erbij. Enig idee hoeveel één zo’n buis – eigenlijk een soort transistor – kost? Je praat minimaal over een paar tientjes tot ruim honderd euro.’ Het volgende attribuut dat Zandvliet laat zien is een circuitje met daarop miljarden transistoren ter grootte van tien nanometer. ‘Eén transistor is goedkoper dan een korreltje rijst.’
'We leven nu in het siliciumtijdperk, net zoals we ooit het stenen tijdperk hadden'
Het punt dat Zandvliet wil maken: zulke hedendaagse transistoren, gemaakt van silicium, zitten in praktisch alles om ons heen. Van de elektronica in je stofzuiger tot de magnetron die je eten opwarmt tot de telefoon die toevallig dit interview opneemt. ‘Al die technologie is siliciumtechnologie’, zegt de hoogleraar. ‘We kunnen niet meer zonder. Vandaar dat ik vaak tegen studenten zeg: we leven nu in het siliciumtijdperk, net zoals we ooit het stenen tijdperk hadden. Ook al is het nog niet alom bekend, dat is wel de benaming die dit tijdsgewricht over vijftig à honderd jaar gaat krijgen.’
Wellicht dat we tegen die tijd spreken over het grafeentijdperk. Zandvliet probeert in ieder geval de grafeenachtige materialen te maken die de weg ernaartoe plaveien. Om die materialen ook echt ‘aan de man te brengen’? Dat is een brug te ver voor de hoogleraar. ‘We kunnen een zogeheten proof of principle-device maken, iets dat werkt in het lab. De volgende stap, het opschalen, daar zijn we niet voor toegerust. Dat is ook niet de taak van ons als universiteit. We zijn er in de eerste plaats om mensen op te leiden en om onderzoek te doen dat relevant is voor de maatschappij. Ons product als universiteit, dat zijn de studenten die we afleveren; de mensen die we in staat hebben gesteld om een probleem te zien, die in stukjes te hakken, nauwkeurig analyseren en met gedegen oplossingen komen.’
Neuzen dezelfde kant op
Zandvliet ziet ondertussen wel dat de financiering van onderwijs en onderzoek onder druk staan. Ook zijn eigen faculteit TNW kon financieel het hoofd niet boven water houden en moest eerder dit jaar reorganiseren. Ook al bleef zijn vakgroep buiten schot, hij is niet immuun voor de perikelen. ‘We zitten in een heel moeilijke periode. Mensen die hard werken, die goed onderwijs geven en relevant onderzoek doen, moeten vertrekken. Dat is natuurlijk verschrikkelijk. Dat voelen we ook als achterblijvers.’
In zijn decennia op de UT heeft Zandvliet al meerdere reorganisaties voorbij zien komen, maar ze wennen nooit. 'Bijna geen enkele organisatie ontkomt eraan. Maar uiteindelijk is het leed voor de direct betrokkenen echt heel groot. Dat moeten we niet vergeten.’ Toch hoopt de hoogleraar dat de blik bij TNW snel vooruit kan. ‘We moeten wel verder. En we moeten zorgen dat we de neuzen weer dezelfde kant op krijgen en allemaal voldoende discipline opbrengen om de financiën goed op orde te krijgen en te houden. Op Prinsjesdag werd maar eens temeer weer duidelijk dat de situatie de komende jaren niet erg gunstig is – en ook niet snel beter wordt.’
Waar Zandvliet zelf de komende jaren aan wil werken, richting een volgend jubileum? ‘We zijn nu bezig met een 2D-materiaal waarbij de transport van elektronen via de rand van het materiaal loopt. Daarbij is er geen zogeheten dissipatie. Jouw telefoon wordt gewoon warm als je ‘m goed aan het werk zet, dat zou dan hierbij onderdrukt kunnen worden. En kijk alleen al naar al die datacentra, wat voor gigantische hoeveelheden energie die verbruiken om de systemen te koelen. Daar valt een enorme winst te behalen.’
'Einstein had nooit kunnen bevroeden dat we zijn theorie zouden gebruiken om in 2025 massaal onze weg te vinden'
Teamwork en onvoorspelbaarheid
Welke kant zijn vakgebied ook op ontwikkelt, er zijn altijd twee factoren die zijn werk mateloos boeiend blijven maken. ‘Onderzoek doen, dat is samenwerken. Ik zit niet in een ivoren torentje om iets te bedenken. Het is teamwork, met studenten, promovendi, medewerkers, technici, secretaresses en collega’s in binnen- en buitenland. Samen kom je verder.’
Die andere factor die het werk als wetenschapper zo mooi maakt, is de onvoorspelbaarheid van het vak. ‘Vaak heb je als je aan een onderzoek begint een bepaald idee van de uitkomst. In de praktijk komt er in 99 procent van de gevallen niet uit wat je verwacht. Dan moet je dus creatief nadenken, zoeken naar een verklaring, die proberen te toetsen… Wat er ontdekt wordt, dat valt niet te voorspellen. Precies dat maakt de wetenschap zo spannend en intrigerend. Een mooi voorbeeld vind ik dat we de relativiteitstheorie van Einstein van 120 jaar geleden nog elke dag gebruiken via GPS-systemen in onze telefoons. Einstein had natuurlijk nooit kunnen bevroeden dat we zijn theorie zouden gebruiken om in 2025 massaal onze weg te vinden.’
