Of je nu in een internetcafe in New York, op de Universiteit Twente of op het Hilversumse mediapark zit, deze tekst heeft een deel van zijn weg als lichtpulsen door haardunne glasvezels afgelegd. Maar zo indrukwekkend dun als glasvezels zijn, voor bijvoorbeeld optische chips is haardun nog altijd monsterlijk dik. Dunner moet het, veel dunner.
Tienduizend keer dunner bijvoorbeeld. De Nederlandse Harvard-hoogleraar Eric Mazur heeft het voor elkaar gekregen om bruikbare glasdraden te trekken met een doorsnee van 50 nanometer, 50 miljoenste van een millimeter.
Heet glas laat zich als dikke stroop tot dunne vezels trekken. Hoe dunner het echter wordt, des te moeilijker wordt het om de warmte gelijk te verdelen. De warmere delen worden vloeibaarder, en dus dunner als het wordt uitgetrokken. Ook wordt het oppervlak vaak ruw. Mazur: “Het licht verlaat de draad dan aan de zijkant, wordt verstrooid en komt maar een paar millimeter ver.”
Met een twee-stappenplan maakten Mazur, Limin Tong en collega’s een draad die wél goed geleidt. Eerst trokken ze vezels van een micrometer dik, die ze vervolgens om een saffieren naald heen wonden. Omdat saffier goed warmte geleidt, wordt de glasdraad heel gelijkmatig verhit en laat het zich tot mooie gladde vezels trekken. De draden blijken bovendien buigzaam en sterk: onder de microscoop legde Tong er knoopjes in en boog ze in scherpe hoeken, zonder dat ze braken.
Het vreemde is dat de ultradunne draad tien keer smaller is dan de golflengte van licht. “De lichtgolven laten zich niet meer vangen binnen de vezel, maar reizen grotendeels lángs de draad,” aldus Limin Tong. “Zie het als een rail in plaats van een tunnel," zegt Mazur, die na zijn promotie in Leiden, in 1982, eigenlijk slechts voor een jaar naar de Amerikaanse top-universiteit Harvard ging. Hij bleef echter hangen, maakte snel carričre en leidt er nu een grote fotonica-onderzoeksgroep.
Limin Tong: “Omdat de pulsen aan de buitenkant reizen, zullen ze vermengen als je meerdere draden samenvoegt tot een bundel. De bundel fungeert dan als één dikke glasvezel.” Dit maakt ze ongeschikt voor lange-afstand transport in de telecommunicatie, maar des te geschikter voor optische chips en andere hitech toepassingen.
Mazur: “Omdat het licht aan de buitenkant van de draad reist, is het gevoeliger voor de omgeving. Dat maakt nanovezels heel geschikt voor bijvoorbeeld biosensoren: receptormoleculen zitten dan op de draad geplakt en veroorzaken een signaal als ze een biologisch of chemisch molecuul opvangen.”
“Een ander voordeel van het rail-effect is dat de lichtpulsen gemakkelijk van de ene draad op de andere draad overspringen, als je ze tegen elkaar houdt,” zegt Mazur. “Bij de dikkere draden, met het licht aan de binnenkant, gebeurt dat niet. Dat maakt het lastig om kabels aan elkaar te koppelen.”
Mazur werd enigszins verrast door de aanpak van zijn medewerker Limin Tong. Mazurs fotonica-lab staat vol dure apparatuur; zoals overal wordt het glas voor de glasvezels bijvoorbeeld verhit met state-of-the-art lasers. “Limin komt echter uit een Chinees lab zonder die miljoenen dollars. Dat was voor ons echt een eye-opener. Hij heeft duidelijk gemaakt dat goede wetenschap ook met eenvoudige middelen kan.” Want wat gebruikte Tong om het glas te verhitten, in plaats van femto-lasers: een eenvoudig gasvlammetje.