Groningen (NL) – Experimenteel natuurkundige Jeroen van der Eb promoveert in november op zijn onderzoek aan het raadselachtige element cerium. Hij ontdekte nieuwe inzichten in het vreemde gedrag van dit metaal.


Cerium is het actieve bestanddeel van vuursteentjes. Vonken is niet het enige vreemde dat dit metaal doet. Het heeft nog meer rare eigenschappen. Zo treedt er bij –223ºC een faseovergang op waarbij het metaal 15% krimpt, terwijl de atomen op dezelfde manier gerangschikt blijven.

Hoe cerium kan krimpen is nog niet geheel duidelijk. Een verklaring is dat het atoom zelf kleiner wordt. Van der Eb verrichte daarom nieuwe metingen waarmee hij enkele tientallen atoomlagen diep in het materiaal kan kijken. Dat leverde nieuwe inzichten op.
In het periodiek systeem der elementen staat cerium in de groep ‘zeldzame aarden’. Een kenmerk van die groep is dat de elektronenopbouw niet geheel netjes verloopt. Bij cerium betreft dat het zogenaamde 4f-elektron. Dit ligt eigenlijk veel te dicht bij de kern en schermt daardoor verder naar buiten liggende elektronen af van aantrekking door de kern. Volgens een eenvoudige theorie springt dit 4f-elektron bij de faseovergang naar de buitenkant van het atoom. Daardoor verdwijnt de afscherrming, kan de kern de buitenste elektronen sterker aantrekken en krimpt het atoom bijgevolg. Omdat bij metingen dat spronggedrag van het 4f-elektron onzichtbaar was, hebben fysici de laatste jaren nieuwe theorieën ontwikkeld.
Van der Eb voerde zijn onderzoek uit bij de vakgroep optische vastestoffysica. Hij kon met nieuwe meettechnieken nu beter het gedrag van de elektronen bestuderen. Zijn resultaten druisen tegen de nieuwere theorieën in en herstellen de oude gedeeltelijk in ere. Volgens Van der Eb maken de door hem gevonden puzzelstukjes duidelijk dat er een nieuwe theorie nodig is, die elementen van alle eerdere theorieën moet bevatten. Op 7 november hoopt Van der Eb te promoveren.

Erick Vermeulen