Supergeleiding op kamertemperatuur zou de elektriciteitsrekening drastisch terugbrengen. Het zou zo ook mogelijk worden bepaalde dingen te bereiken die nu onvoorstelbaar zijn. Het is al een tijdje stil op het gebied van supergeleiding, maar onderzoekers Kresin en Wolf beweren nu supergeleiding op diepvriezertemperatuur bereikt te hebben. In een heel klein gebiedje, maar toch.
Hoe test je op supergeleiding?
Er zijn drie manieren om ondubbelzinnig supergeleiding aan te tonen. Ten eerste: het materiaal moet een weerstand van nul hebben. Ten tweede: het materiaal moet het zogeheten Meissner effect tonen: een extern magnetisch veld moet worden geweerd door het materiaal. Dit heeft als gevolg dat een permanent magneetje boven een supergeleidend materiaal blijft zweven. Ten derde moeten beide effecten op dezelfde kritische temperatuur voorkomen.
In de meeste supergeleidende materialen vallen deze twee punten ook samen. Bij precies dezelfde temperatuur treedt het Meissner effect op en daalt de weerstand tot nul.
Bizar gedrag van koperverbindingen
In het eerste decennium van deze eeuw hebben natuurkundigen enkele cupraten, keramische koperverbindingen, ontdekt, waarbij de overgang naar een weerstand van nul bij lagere temperaturen plaatsvindt dan waar het Meissner effect zichtbaar wordt.
Op lage temperaturen ‘werkt’ het cupraat als een normale supergeleider. Als de temperaturen stijgen stijgt eerst de weerstand tot boven nul, voor het Meissner effect verdwijnt. Vervolgens verdwijnt ook het Meissner effect en wordt het materiaal een ‘normale’ geleider. Dit verschil in temperatuur kan enorm zijn. Underdoped yttrium barium copper oxide (YBCO) krijgt weerstand op 85 kelvin (graden Celsius boven het absolute nulpunt; 0 graden C is 273,15 K), terwijl het Meissner effect pas verdwijnt bij 200 kelvin, dat is een drie keer zo hoge temperatuur.
Supergeleidende eilandjes bestaan nog bij extreem hoge temperatuur
Hoe kan dit bizarre effect optreden? Vladimir Kresin van het Lawrence Berkeley National Laboratory en Stuart Wolf van de Universiteit van Virginia hebben een theorie. Ze denken dat de cupraten uit twee soorten microkristallen bestaan met verschillende overgangstemperaturen. De component met de hogere overgangstemperatuur vormt eilandjes in de component met de lagere overgangstemperatuur. Onder de 85 kelvin zijn beide materialen supergeleidend. Boven de 85 K blokkeert de niet meer supergeleidende ‘zee’ de supergeleidende eilandjes. Die supergeleidende eilandjes duwen echter nog steeds het magneetveld weg, waardoor nog steeds het Meissner effect optreedt.
Supergeleiding in je diepvries
Interessant is dat deze eilandjes (als Kresins theorie klopt) nog bij zo hoge temperaturen supergeleidend blijven: 200 kelvin tot misschien zelfs 250 kelvin. Dat laatste is de temperatuur in een huis- tuin- en keukenvrieskist of een extreem strenge winternacht in Nederland. Er zijn dus geen dure cryogene hoogstandjes nodig om die temperatuur te bereiken. Kortom: die eilandjes zouden wel eens de doorbraak op kunnen leveren waar we al tijden op hopen. Maar waar bestaan de eilandjes uit? Immers, het materiaal -lijkt- op het eerste gezicht homogeen. Kresin en Wolf zeggen dit niet te weten maar wel een vermoeden te hebben; zwaardere en lichtere atoomkernen: isotopen, die heel subtiel de materiaaleigenschappen veranderen. Uit onderzoek is al bekend dat supergeleiders hier inderdaad extreem gevoelig voor zijn: volgens het duo zorgde het vervangen van zuurstof-16 door de zwaardere zuurstofisotoop O-18 voor een ‘dramatische verhoging’ van de tweede overgangstemperatuur. De ‘eilandjes’ werden door de zwaardere zuurstof dus bij een hogere temperatuur supergeleidend. De hamvraag is natuurlijk of hun theorie werkelijk klopt en of het mogelijk is het materiaal in de eilandjes te isoleren.
Onder hun collega’s heerst nog de nodige scepsis. Niet geheel onterecht. Kresin beweerde jaren geleden dat hij bij 200 kelvin aluminium nanoclusters had aangetroffen die supergeleiding vertoonden. Niemand kon zijn uitkomsten reproduceren. Beide heren willen verder onderzoek doen. Tot die tijd is hun vondst wat onderzoekers spottend USO’s noemen: unidentified superconducting objects.
In feiten is dit meissner effect een vorm van antimagnetisme als dit magneten in zijn geheel afstoot. Zouden meer chemische elementen isotopen kunnen hebben die bij hogere temperaturen voor dit meissner effect kunnen zorgen?
Anti materie magneten misschien.