door Liesbeth Koenen ©
04-1997, nr. 42
Akademie Nieuws

Dr. M. Devoret, de eerste Franse winnaar van de Descartes-Huygensprijs:

“De Nederlandse wetenschap is een van de beste ter wereld”

Hij heeft hem pas half opgemaakt, zijn Descartes-Huygensprijs, maar gelukkig smaakte dr. Michel Devorets verblijf in Delft beslist naar meer. Devoret (43) lijkt niet het van nature uitbundige type, maar zijn werkkamertje in het even buiten Parijs in Saclay gelegen Centre d’Etudes Atomiques, waarvan hij directeur is, loopt bijna over van zijn enthousiasme. De samenwerking met de mensen van de Technische Universiteit in Delft verloopt geweldig, Nederland is in veel opzichten een ideaal land, en van die prijs is hij zich weer helemaal jong gaan voelen.

Vruchtbare Frans-Nederlandse samenwerking op wetenschappelijk gebied belonen, dat is de bedoeling van de in 1995 ingestelde Descartes-Huygensprijs. Devoret is de eerste Fransman die hem gewonnen heeft. De ministers van wetenschappen van de twee landen hebben ingesteld dat voortaan elk jaar zowel een Nederlander als een Fransman f 50.000,- mag besteden aan een gastonderzoekerschap van zes maanden in het andere land. De KNAW  kiest de Franse winnaar, de Académie des Sciences draagt de Nederlandse voor.

De prijs gaat afwisselend naar onderzoekers op het terrein van de natuurwetenschappen, de levenswetenschappen en de alfa- en gammawetenschappen. Devoret is een natuurkundige die zich vooral bezighoudt met de negatief geladen ondeelbare deeltjes die in elk atoom in de schil rond de kern te vinden zijn: elektronen, liefst enkele en misschien binnenkort ook paren.

Droom

“Ik wil één ding meteen duidelijk maken, niet om te vlijen ofzo,” opent Devoret, “maar de Nederlandse wetenschap is een van de beste ter wereld. Op mijn terrein zijn de mensen zeker zo goed als de Amerikanen, als ze al niet beter zijn. Het contact met Nederland is voor ons ook heel gemakkelijk. Zelfs de afstand valt mee: Delft is vanuit hier dichterbij dan Grenoble.” Al sinds eind jaren tachtig werken onderzoekers uit Saclay samen met de groep van prof.dr.ir. J.E. Mooij in Delft.

Devoret: “Die houden zich ook bezig met enkele elektronen. Onze werkzaamheden vullen elkaar aan. In Delft zijn ze bijvoorbeeld heel goed in het bouwen van apparatuur waarmee je hele kleine elektrische signalen kunt meten.” Samen verwezenlijkten ze zelfs wat Devoret “de droom van iedere natuurkundige” noemt: stroom door slechts één molecuul laten gaan.

“Je hebt twee typen natuurkunde en natuurkundigen”, legt hij uit. “De moleculaire en de vaste-stoffysici. Van die moleculen zijn er miljarden, dat is een soort soep. En we weten wel hoe ieder individu in die soep eruit ziet, maar we zijn niet in staat ze te reguleren, de bouwstenen te ‘beheersen’. In de vaste-stoffysica wordt er gewerkt met elektronica. Daar maken we transistors, weerstanden, dat soort dingen. Elektronische instrumenten of ontwerpen waarbinnen we de eigenschappen van de afzonderlijke componenten goed kennen en kunnen beheersen, maar die componenten zijn heel groot.”

“De connectie tussen die ‘kleine’ en die ‘grote’ natuurkunde is nu pas gelegd. We hebben nu namelijk elektronica waarbinnen elke component maar één molecuul is, die op één bepaalde plaats zit, en die op een bepaalde manier gebruikt wordt. We gaan nu elektronische circuits maken met componenten die uit moleculen bestaan. Die limiet halen is een grote uitdaging, want daarmee zit je echt aan de grens van de mogelijkheden om nog verder te verkleinen.”

Overlappende wolken

Wat je daarmee zou kunnen doen, is nog niet duidelijk, maar dat zal wel blijken, denkt Devoret. De ‘elektronen-draaideur’ of de ‘elektronen-sluis’ die door Delft en Saclay ontwikkeld is, heeft in elk geval al een nieuwe standaard voor stroom opgeleverd.

“We kunnen stroom nu meten met een accuratesse die eerder onmogelijk was”, zegt Devoret met groot enthousiasme. Maar hoe werkt dat dan? “Kijk”, legt hij uit, “als je stroom door een draad laat gaan, dan komen er heel veel elektronen langs. Die elektronen laten zich moeilijk vangen, want ze komen niet per stuk langs, maar in een soort elkaar ook nog overlappende wolken. Ze tellen is dus heel lastig, maar door die sluis weten we nu voor het eerst exact hoeveel stroom er langs komt, zonder ook maar een elektron te missen.”

Kan hij iets vertellen over de werking van die sluis? “Het werkt op een combinatie van twee dingen,” begint Devoret. “Eentje is makkelijk: afstoting. Elektronen vermijden elkaar zo veel mogelijk. En naarmate ze dichter op elkaar zitten stoten ze elkaar harder af. Dat kun je gebruiken om te proberen ze een voor een door een uiterst kleine elektrode te laten gaan. Met heel geavanceerde microtechniek kan dat.”

“In feite is het dezelfde techniek die je voor alle geïntegreerde schakelingen gebruikt, maar we zitten wel helemaal op het randje van de mogelijkheden.”

“Het andere ingrediënt is veel mysterieuzer en lastiger uit leggen: we moeten iets doen aan die neiging van elektronen om in wolken op te treden, en zich overal heen te verspreiden. Een elektron is een deeltje dat niet graag op dezelfde plek blijft, het is een soort geest.”

“Die geestachtige eigenschappen bevechten we met wat een ‘tunnel-junctie’ genoemd wordt. We laten de elektronen door een laag gaan, een barrière waarbij ze écht moeten kiezen of ze aan de ene of de andere kant willen wezen. Met dat tunneleffect vermijden we dat verspreiden van die wolk. Het idee is dat tunnelbarrières de elektronen dwingen een positie te kiezen, en ín die barrières bevindt zich een soort sluis. De juncties zijn de deuren, en de ruimte is zo klein dat er geen twee elektronen tegelijk in passen.”

“We dwingen een elektron dus naar één plek, en een tweede elektron past er niet in, omdat die de eerste zo sterk zou ‘terugduwen’. Wat we moeten doen is de deuren op een slimme manier openen en sluiten. Op die manier zit er altijd óf geen óf één elektron in de sluis, en zo kun je ze een voor een tellen als er stroom passeert.”

Twee voor twee is de volgende stap. “Dat is nu de grote wedstrijd,” lacht Devoret. “Met paren elektronen werken. Als ze gepaard zijn kunnen ze als supergeleider optreden. We proberen dezelfde effecten te krijgen door elektronen twee aan twee te manipuleren. Het experiment hebben we de ‘Quantum-Ark van Noach” genoemd. Noach liet de beesten ook in paren binnengaan.”

Onder meer daaraan zal hij werken terwijl hij het tweede deel van zijn prijs opmaakt, want hij is pas een paar maanden in Delft geweest. “We konden vorig jaar geen half jaar blijven, omdat mijn vrouw lesgeeft,” legt hij uit, “maar van de zomer komen we terug.”

Devoret en zijn hele gezin –  hij heeft twee kinderen van zeven en negen –  hebben kennelijk genoten van hun verblijf in Delft. Ze wilden Nederland echt leren kennen, dus gingen de kinderen naar de plaatselijke Montessorischool (Devoret: “Ze huilden bij het afscheid, en ze schrijven hun vriendjes nog steeds”), werden de Deltawerken bezocht, en een heleboel musea – waaronder het huis van Christiaan Huygens – en zag het hele gezin de film De Jurk.

“Ik wil heel graag nog eens benadrukken hoeveel plezier ik in die prijs heb, persoonlijk en wetenschappelijk,” zegt Devoret. “Zonder dat zou ik waarschijnlijk ooit wel een sabattical in Delft hebben doorgebracht, omdat ons onderzoek zo complem,entair is, maar nu kon het eerder en onder heel goede omstandigheden.”

“In totale vrijheid kunnen werken, weg van alle bestuurstaken en dergelijke waaraan ik hier niet kan ontsnappen, het was of ik weer jong was. Maar dan wel met al mijn kennis en ervaring van nu. Het is heel goed dat die prijs bestaat, want juist een tijd naar het buitenland gaan, is altijd lastig te regelen.”

Openluchtmuseum

“En Nederland is een land waar ik graag heenga. Het is tegenwoordig een beetje mode in Frankrijk om te zeggen dat alles in Nederland veel beter geregeld is, maar nu ik weer terug ben is mijn indruk nog meer dan eerst dat dit een land in chaos is. Niets is georganiseerd, Frankrijk is uit zijn evenwicht. de eeuwenoude cultuur is niet aangepast aan de moderne tijd. Op een bepaalde manier was Nederland veel beter voorbereid. Het is al heel lang geïndustrialiseerd.”

“We waren bijvoorbeeld in het openluchtmuseum in Arnhem, en daar zie je dan hoe zuivelproducten al in de jaren dertig industrieel geproduceerd werden. En al die lichten die je ’s nachts in de kassen ziet, dat zijn allemaal familiebedrijven, dus kleinschalige productie op industriële wijze. In Frankrijk heb je zoiets niet, daar zijn het alleen maar óf hele grote bedrijven, of amateurs.”

“Gewoon evolueren lijkt hier niet te kunnen, alles moet via crises. Zelfs in de politiek zie je dat. Veel mensen zijn enorm bezorgd over het systeem, omdat het leidt tot triomfen voor extreem rechts.”

In Nederland is Devoret vooral het gevoel voor samenwerking opgevallen. “Het is een echte consensusmaatschappij,” zegt hij, “individuen zijn er wel belangrijk, maar in Frankrijk is dat veel meer het geval. Ook de aanpak van wetenschappelijk onderzoek is heel anders. In Nederland worden bepaalde gebieden geselecteerd en die krijgen dan fondsen.”

“Dat is een sterk punt. Minder mensen hebben ook een vaste positie. Hier zie je veel meer gebrek aan motivatie, omdat iedereen voor het leven ergens zit.”

Illegaal

En er is nog een groot punt van ergernis: de Franse taalpolitiek. Devoret, die prima Engels spreekt, haalt een folder over een pas gehouden congres uit de kast en zegt: “Dit is volkomen illegaal. Alles in het Engels, en ook de Fransen hebben alleen lezingen in het Engels gehouden.”

“Dat mag niet, maar het is volkomen onmogelijk je aan de wet te houden als je een internationale conferentie wilt organiseren. Goede Franse wetenschap heeft een hoge prioriteit, alleen dan kunnen we ideeën exporteren, maar daar heb je wel een medium voor nodig, en het Engels is nu eenmaal de taal van de wetenschap. Voor ons is het dé manier om te communiceren met Nederlanders, Duitsers, Japanners. Iedereen hier in Saclay moet zijn proefschrift in het Engels schrijven, maar ik ontmoet daar nog steeds veel weerstand tegen bij collega’s in besturen enzo. Enfin, dit zal op den duur hoe dan ook veranderen.”

Tijd voor de lunch, in een verderop gelegen restaurant. Het hele laboratorium gaat mee. De voertaal aan de lange tafel: Engels.