Elham Fadaly wint Martinus van Marum Prijs voor doorbraak in fotonica

Onze wereld is doordrongen van elektronica, zoals de naam al zegt, technologie die informatie verwerkt op basis van elektriciteit. Signalen in een processor van je telefoon of laptop, of in een datacentrum bestaan uit stroompjes van elektronen. Al decennia kijken wetenschappers daarentegen ook naar licht om data te versturen en verwerken.

De belofte is dat deze zogenoemde fotonica veel sneller en zuiniger is dan bestaande elektronica en kan voorzien in de sterk groeiende behoefte aan rekenkracht door toenemende digitalisering en bijvoorbeeld kunstmatige intelligentie.

Veel huizen hebben inmiddels een snelle glasvezelverbinding en ook datacentra maken veel gebruik van lichtverbindingen. Toch is het hart van onze informatietechnologie nog steeds elektronisch. Vrijwel al het rekenwerk gebeurt in het halfgeleidende materiaal silicium.

Legering van silicium en germanium

Succesvolle fotonica moet daarom naadloos kunnen samenwerken met de bestaande elektronica. Maar daar gaat het mis. Silicium is namelijk niet in staat om licht uit te zenden. Elham Fadaly zocht tijdens haar promotie daarom naar een manier om silicium zo aan te passen dat dit wél lukt. Hiermee zou een laser uit silicium binnen handbereik komen, een cruciaal element om elektronica en fotonica veel beter op elkaar aan te laten sluiten dan het nu doet.

Uiteindelijk lukte het Fadaly en collega’s van de onderzoeksgroep Advanced Nanomaterials & Devices (faculteit Applied Physics and Science Education) om een legering van silicium en germanium licht te laten uitzenden. De crux daarvoor was het materiaal te laten kristalliseren op een nanodraad met een zeshoekige structuur. De atomen in het silicium en germanium nemen hierbij de zeshoekige structuur van de draad over, in plaats van de gebruikelijke vierhoekige structuur van het materiaal.

“De metaalatomen groeien verder zoals de ondergrond waarop dit gebeurt, als een stratenmaker met klinkers een bepaald patroon afmaakt”, zegt ze. “Wij zochten al langer naar manieren om dit met een nanodraad voor elkaar te krijgen. Dat lukte uiteindelijk door dit met een bepaald materiaal - galliumarsenide - te doen.”

Oog voor details

Fadaly promoveerde in 2021 cum laude aan de TU/e, ze publiceerde haar onderzoek in Nature en haar werk werd bovendien door twee verschillende instanties bekroond tot Breakthrough of the Year. En daar komt nu de Martinus van Marum Prijs bij. Wat maakt haar zo succesvol? “Ik heb denk ik oog voor details en ben vasthoudend. Tijdens mijn promotie deed ik misschien wel 800 of 900 experimenten om het materiaal te laten groeien zoals we dat wilden. Als ik weet dat iets - althans in theorie - mogelijk is dan ga ik door totdat het lukt.”

De voormalige begeleider van Fadaly, hoogleraar Advanced Nanomaterials & Devices Erik Bakkers van de TU/e, beaamt haar enorme drive om te werken. “Elham is een heel goede onderzoeker, en daarbij werkt ze enorm hard en ze stopt pas wanneer het gelukt is. Dat zijn heel belangrijke eigenschappen.”

Fotonica dichterbij de consument

Inmiddels is Fadaly verhuisd naar Californië waar ze werkt voor Apple op het gebied van fotonica, dat ook kan dienen in biosensoren. Hier brengt ze de fotonica een stap dichterbij de consument. “In de industrie ben je meer bezig met het eindproduct, met de fysica van onderdelen en daadwerkelijke apparaten. De toepassing is veel dichterbij en dat voegt een extra laag toe aan het werk. Ik kan hier nog heel veel leren. We zoeken hier de grenzen op van wat technologisch mogelijk is”, zegt ze.

Desgevraagd hoopt haar voormalige begeleider Bakkers toch op nog een overstap van Fadaly: “Ik hoop dat ze na haar ervaring in de industrie terug wil komen in de academische wereld.”

Over de prijs

De Martinus van Marum Prijs is ingesteld door de J.C. Ruigrok Stichting en wordt verleend ter bekroning van oorspronkelijk promotieonderzoek op het gebied van de natuurwetenschappen en techniek. De prijs is vernoemd naar Martinus van Marum, die als tweede secretaris van 1794 tot 1837 een stempel heeft gedrukt op de werkzaamheden van de Koninklijke Hollandsche Maatschappij der Wetenschappen.

De prijs wordt vrijdag 7 juli om 16:00 uitgereikt door Louise Gunning-Schepers, voorzitter van de KHMW. De prijsuitreiking is te volgen via de livestream-knop op de website van de KHMW. Daar staat ook het programma van de bijeenkomst.