Ze is er niet gerust op: “Ik weet dat er vaker goed onderzoek is afgestoten, ondanks dat het goed was.” Dr. Ria Broer-Braam (39) doet goed onderzoek, daar zijn alle betrokkenen het over eens. Maar ze heeft de laatste twee jaar geen nieuwe projecten voor promovendi durven indienen.

Broer is sinds 1987 Akademie-onderzoeker bij de werkgroep Theoretische Chemie aan de universiteit van Groningen. Ze begon daar met de garantie dat er formatieruimte zou zijn aan het eind van haar fellowship, – overigens een voorwaarde die de Akademie stelt. Maar bij een reorganisatie een paar jaar geleden verviel die plaats. Broer kan er dus straks niet naar solliciteren. Inmiddels is er van verschillende kanten protest aangetekend, maar boze brieven en de wil de zaak te regelen verzekeren nog geen oplossing.

Haar boodschap aan de KNAW in deze kwestie is: “Ze moeten opletten wat er met de akademie-onderzoekers gebeurt. Het kan niet zo zijn dat die uiteindelijk als een soort zware post-docs beschouwd gaan worden.”

Vaste stoffen

Het gaat Broer echt aan het hart, en niet alleen omdat ze anders zelf  hoogstwaarschijnlijk universitair hoofddocent geworden zou zijn. Broer: “Een tak van onderzoek bloedt op deze manier dood. Dat is slecht. Zeker gezien de know-how hier in Groningen. Er wordt hier veel gedaan aan experimentele fysica. Mensen van allerlei verschillende disciplines werken samen in het MSC, het Materialen Studie Centrum. We kijken bijvoorbeeld allemaal naar kristallen. Dat MSC is krachtig, de kwantumchemie mag daar niet in ontbreken.”

Theoretische chemie, proberen een kwantummechanische beschrijving van moleculen en vaste stoffen te geven, dat is het vak van Broer. Exacte vakken hadden op de MULO al haar voorkeur. Ze gingen haar zelfs zo goed af dat ze na haar einddiploma ook nog een opleiding HBS-B volgde. De leraar scheikunde zorgde ervoor dat haar studiekeuze bij scheikunde en niet bij natuurkunde kwam te liggen. Broer: “Studeren was in mijn familie niet gebruikelijk. Die leraar kwam toen bij mij thuis vertellen dat dat toch een goed idee was. Hoe ik er zelf op kwam om te willen studeren? Ik was al vroeg eigenwijs denk ik.”

Fragmenten

Waar draait het om bij quantumchemie? Broer: “Atomen, moleculen en vast stoffen zijn opgebouwd uit kernen en elektronen.Die deeltjes zijn te klein om ze te kunnen zien en bovendien zijn ze zo licht dat ze niet aan de klassieke bewegingswetten voldoen. Hun gedrag wordt quantummechanisch beschreven, dat wil zeggen met behulp van golffuncties. Die vind je weer met behulp van de zogeheten Schrödinger-vergelijking, dat isde bewegingsvergelijking waaraan kernen en elektronen moeten voldoen.”

“De traditionele scheikunde gaat vooral over het ontstaan en verbreken en  van bindingen tussen atomen. Ook dat kun je alleen met behulp van de kwantummechanica beschrijven. Dat is moeilijk, want de elektronenverdeling verandert sterk als er bij een chemische reactie nieuwe verbindingen tot stand komen.Ik houd me meer bezig met de beschrijving van stoffen in hun evenwichtstoestand. Mijn onderzoek is de laatste jaren gericht op de beschrijving van vast stoffen, vooral vaste stoffen met een kristalstructuur.”

“Dat doe ik op de volgende manier± ik kijk maar naar een klein stukje van het kristal, een cluster, dat bestaat uit een beperkt aantal atomen. Uit de eigenschappen van dat cluster probeer ik de eigenschappen van het kristal te vinden. Je moet er dus allereerst achter zien te komen hoe groot het stukje kristal minimaal moet zijn, willen de resultaten die je vindt ook relevant zijn voor het kristal.  Ben je eenmaal zover, dan kun je de eigenschappen van zo´n cluster gaan onderzoeken. Dan kun je gaan kijken wat er gebeurt als je er een elektron uithaalt bijvoorbeeld, of als je een elektron van de baan waarin het cirkelt naar een andere baan schiet. Excitatie heet dat.”

Praktische kanten zitten er aan de quantumchemie zeker: als het gaat om niet al te grote moleculen, zegt Broer, dan kunnen vooral de elektronische eigenschappen soms zelfs beter berekend worden dan gemeten: in de berekeningen zitten minder onnauwkeurigheden dan in de metingen. “Bij de beschrijving van vaste stoffen zijn we zover nog niet. Maar dankzij snelle computers kunnen we wel relevante informatie geven, die uit experimenten niet of maar moeilijk te halen is.”

Supergeleiders

“We doen hier ook onderzoek naar ‘onzuiverheden’ in vaste stoffen zoals silicium. In siliciumkristallen zitten die onzuiverheden, dat zijn bijvoorbeeld vreemde atomen, vaak van nature al, maar dan in zo´n kleine concentratie dat je ze niet of slecht kunt meten. We kunnen er wel berekeningen op loslaten.  Wat we willen weten is bijvoorbeeld waar zo´n onzuiverheidsatoom precies zit. Tussen de kristalatomen in? Of wordt een kristalatoom gewoon verdrongen door het vreemde atoom? Houdt zo´n onzuiverheidsatoom al zijn elektroden?”

“Een paar jaar geleden zijn we naar aanleiding van de ontdekking van de hoge-temperatuur-supergeleiders begonnen met een nieuw project. Bepaalde vaste stoffen worden supergeleidend als je ze ‘doopt’ met onzuiverheden, als je ze  met andere woorden een beetje  verandert van samenstelling. Dan verandert namelijk het aantal actieve elektronen, en je krijgt ‘elektronengaten’. Die gaten zorgen ervoor dat de supergeleiding kan optreden. Wil je de aard van supergeleiding begrijpen dan moet je het karakter van die elektronengaten, de elektronenstructuur kennen.”

Het werk van Broer heeft veel raakvlakken met de experimentele vastestof-chemie en fysica. Omgekeerd hebben de collega´s uit die hoek fysica ook weer met haar te maken. Broer zorgt er daarom voor haar resultaten weer te geven in golffuncties, die weliswaar heel bewerkelijk zijn, maar ook eenvoudig te ‘lezen’ voor natuurkundigen. Broer: “Ik weet niet of het me lukt dit uit te leggen. Kijk, van oudsher heb je twee benaderingen in de quantumchemie. Stel je een twee-atomig molecuul voor. De elektronen van dat molecuul bewegen om alletwee de atoomkernen.Dat geheel kun je beschrijven, maar je kunt ook eerst de toestand van atoom A beschrijven met zijn elektronen, vervolgens atoom B op dezelfde manier, en dan pas de koppeling tussen beide atomen maken.”

“Onze aanpak hier is verwant aan die die tweede methode, de “Valence Bond”-methode. Uiteindelijk zijn de uitkomsten overigens in beide gevallen hetzelfde, maar die “Valence Bond”-methode is tot nu toe niet veel toegepast omdat hij rekentechnisch moeilijker is. Het resultaat is echter een veel eenvoudiger beschrijving, die ook voor niet-specialisten interpreteerbaar is. Het is alles bij elkaar een heel snel bewegend veld, waarin veel mensen actief zijn. Ik moet zien op verschillende gebieden thuis te zijn. Dat is moeilijk, maar ook een uitdaging.”

Kinderen

Onvermijdelijk komt het gesprek op kinderen (Broer heeft er een van zes en een van een) en dubbele carrières. “Ik kan gelukkig met weinig slaap toe,” lacht ze. Ze is net terug van een verblijf van vier maanden in Amerika. De kinderen zijn de hele tijd meegeweest, en Broers echtgenoot kreeg van het bedrijf waar hij voor werkt toestemming twee maal voor een maand over te vliegen.

Broer boft, vindt ze, want ook op haar eigen werk ontmoet ze nooit anders dan medewerking. Maar een leven vol georganiseer is het wel. Wat er dan toch zo mooi is? “Het gevoel van daar doe ik het voor” zegt Broer. “Dat heb ik bijvoorbeeld als ik iets begrijp dat ik daarvoor niet begreep. Als ik denk: nu heb ik het in mijn vingers. Soms ook als ik dat anderen kan overbrengen in een verhaal of artikel. Luisteren kan ook prachtig zijn.

Als ik de voordrachten van Löwdin hoor, een van de groten in mijn vak, dan is dat voor mij zoiets als naar een concert gaan. Een goede denker die een goed verhaal vertelt, dat is iets om van te genieten. Wat ik mooi zou vinden om nog mee te maken? Een echt nieuwe ontwikkeling. Die zou kunnen komen vanuit de relativistische quantummechanica: die vervangt de gewone mechanica als je met de eindigheid van de lichtsnelheid rekening moet houden. De theorie daarover is gewoon nog niet in alle opzichten bevredigend.”