Pieter Zeemanprijs voor natuurkunde-alumnus Berend Zwartsenberg
De tweejaarlijkse Pieter Zeemanprijs voor de beste afstudeerscriptie natuurkunde aan de Universiteit van Amsterdam is dit jaar toegekend aan Berend Zwartsenberg voor zijn scriptie 'Taking control of the surface electronic structure of 3D topological insulators'.
De Pieter Zeemanprijs, ter waarde van € 2500 en beschikbaar gesteld door de Stichting Pieter Zeemanfonds, wordt toegekend en uitgereikt door de Universiteit van Amsterdam, in samenwerking met Pontes Pieter Zeeman, de middelbare school te Zierikzee en de gemeente Schouwen-Duiveland.
Berend Zwartsenberg kreeg de prijs voor zijn afstudeerwerk aan Topologische Isolatoren, wat hij gedaan heeft onder begeleiding van Prof. dr. Mark Golden. De jury bestond uit Ivo van Vulpen (fysica van elementaire deeltjes), Noushine Shahidzadeh (experimentele fysica), en Bernard Nienhuis (theoretische fysica).
Topologische Isolatoren
Een topologische isolator wordt gedefinieerd door zijn elektronenbanden. Een elektronenband is een continue verzameling van toestanden waar elektronen zich in kunnen bevinden, geparametriseerd door de snelheid. Die elektronen in zo'n band hebben dan een energie tussen een minimum- en een maximum-waarde die bij die band hoort. Verschillende banden kunnen overlappende energie-intervallen hebben of gescheiden door een band gap (Engels voor bandkloof).
Omdat alle elektronen toestanden door ten hoogste 1 elektron kunnen worden bezet, zijn in de praktijk bijna alle toestanden bezet tot een bepaalde grenswaarde van de energie, de Fermi energie, en bijna alle toestanden met een energie boven de Fermi energie onbezet. Als de Fermi energie in een band ligt, kan de snelheid van de meest energetische elektronen continu gevarieerd worden door thermische fluctuaties. Dit maakt het materiaal tot een geleider. Als de Fermi energie in een band gap ligt, zijn de banden daaronder allemaal bezet, en de banden daarboven allemaal leeg. Er loopt geen stroom, omdat voor elk elektron dat de ene kant op beweegt is en ook een elektron dat in de tegenovergestelde richting beweegt. Om dat te veranderen is een energie nodig tenminste ter waarde van de band gap. Zo'n stof noemen we een isolator.
Het bovenstaande is van toepassing op de elektronen binnen in het materiaal (de bulk). Maar elektronen op de rand van een blok materie verkeren in hele andere toestanden, verzameld in oppervlakte-banden. Een topologische isolator, is een isolator waarvan de banden waar de Fermi energie tussen ligt, verbonden worden door een band van oppervlakte toestanden. Als gevolg kan op die materialen wel geleiding plaats vinden over het oppervlak, maar niet in de bulk.
Berend Zwartsenberg is erin geslaagd om in dergelijke materialen de oppervlakte toestanden te veranderen door bestraling met ultraviolet licht. Dit maakt dat de eigenschappen heel flexibel zijn te beïnvloeden.