Hogetemperatuursupergeleiding

Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie
Ga naar: navigatie, zoeken
Een blokje BI2223 supergeleider

Hogetemperatuursupergeleiding (HTS) is het optreden van supergeleiding bij relatief hoge temperaturen. Het fenomeen werd ontdekt in 1986 door Alex Müller en Georg Bednorz, een ontdekking waarvoor ze reeds het jaar daarna de Nobelprijs voor de Natuurkunde ontvingen. Naast de term hogetemperatuursupergeleiding spreekt men ook wel van cupraatsupergeleiders, hoewel deze term minder correct is, sinds men in 2008 ook hogetemperatuursupergeleiders kent op basis van ijzer.

Geschiedenis[bewerken]

Ontdekking van hoge temperatuur supergeleiders

Sinds de ontdekking van supergeleiding in 1911 door de Nederlandse fysicus Kamerlingh Onnes, merkte men dat dit speciale fenomeen alleen optrad bij extreem lage temperaturen, niet hoger dan 30 K, ongeveer -240 °C. Later, in de jaren vijftig, werd een microscopische beschrijving op basis van de kwantumfysica gegeven voor supergeleiding door de BCS-theorie. Deze theorie leek erop te wijzen dat de hoogste temperatuur waarbij supergeleiding op zou kunnen treden inderdaad rond de 30 K lag. Boven deze temperatuur kunnen vanwege de sterke roostertrillingen geen cooperparen meer vormen.

Het was dan ook een grote schok toen de Zwitserse IBM-onderzoekers Müller en Bednorz in 1986 een nieuwe categorie keramische materialen, zogenaamde perovskieten, ontdekten die supergeleidend waren boven deze temperatuur. Dit was mede verrassend omdat keramische materiaal als isolator was beschouwd. In lanthaan-barium-koperoxide (La3Ba3Cu6O14, afgekort tot LBCO) trad supergeleiding op bij 35 K (-238 °C).[1] Aanvankelijk waren vele wetenschappers sceptisch over hun resultaten, mede omdat supergeleiding in een oxide plaatsvond en niet in een metaal of legering, totdat onderzoeksteams van de universiteit van Tokio, de universiteit van Houston en Bell Labs hun resultaten konden bevestigen.

Nieuwe materialen[bewerken]

Een jaar later creëerden Paul Chu van de Universiteit van Houston en Ken Wu van de Universiteit van Alabama een nieuw keramisch materiaal dat al supergeleidend werd bij ongeveer 90 K, hetgeen warmer is dan vloeibaar stikstof, een goedkoper koelmiddel dan het veel duurdere vloeibaar helium.

Vandaag de dag zijn er stoffen bekend die supergeleiden tot op 130 K. Zo werd in 1993 een koperoxide-supergeleider (HgBa2Ca2Cu2O8) gevonden met een kritische temperatuur van 138 K. Daarnaast zijn inmiddels nog andere onconventionele supergeleiders ontdekt, zoals supergeleiding in organische systemen, ijzerverbindingen van lanthaniden en arseen (ijzerpnictiden), magnesiumdiboride (MgB2), fullerenen (C60-verbindingen en koolstofnanobuisjes), tweedimensionaal grafeen en zelfs DNA.[2]

Een sluitende theoretische verklaring voor deze vorm van supergeleiding is door natuurkundigen nog niet gevonden. Wel zijn er een veelheid van speculatieve en tegenstrijdig aan elkaar theorieën in omloop over de werking van hogetemperatuursupergeleiding, zoals de spinbag-theorie van Robert Schrieffer, het t-J-model van MIT, het spinon-holon-systeem van Phil Anderson en de stripes-theorie van Jan Zaanen en Antonio Bianconi.[2]

Bronnen, noten en/of referenties
  1. J.G. Bednorz, K.A. Mueller (1986). Possible high TC superconductivity in the Ba-La-Cu-O system. Zeitschrift für Physik B 64 (2): 189–193 . DOI:10.1007/BF01303701.
  2. a b Herman de Lang (2011). De race om de hoogste temperatuur. NTvN 77 (3): 84-88 .