De eerste supergeleider op kamertemperatuur is eindelijk gevonden

Het is er: wetenschappers hebben de ontdekking gemeld van de eerste supergeleider op kamertemperatuur, na meer dan een eeuw wachten.

De ontdekking roept dagdromen op over futuristische technologieën die elektronica en transport zouden kunnen hervormen. Supergeleiders brengen elektriciteit zonder weerstand over, waardoor stroom kan stromen zonder enig energieverlies. Maar alle eerder ontdekte supergeleiders moeten worden gekoeld, veel van hen tot zeer lage temperaturen, waardoor ze voor de meeste toepassingen onpraktisch zijn.

Nu hebben wetenschappers de eerste supergeleider gevonden die bij kamertemperatuur werkt – tenminste als er een vrij kille kamer is. Het materiaal is supergeleidend bij temperaturen van ongeveer 15 ° Celsius (59 ° Fahrenheit), rapporteren natuurkundige Ranga Dias van de Universiteit van Rochester in New York en collega’s op 14 oktober in Natuur.

De resultaten van het team “zijn ronduit prachtig”, zegt materiaalchemicus Russell Hemley van de Universiteit van Illinois in Chicago, die niet bij het onderzoek betrokken was.

De supergeleidende superkrachten van het nieuwe materiaal verschijnen echter alleen bij extreem hoge drukken, waardoor de praktische bruikbaarheid ervan wordt beperkt.

Dias en collega’s vormden de supergeleider door koolstof, waterstof en zwavel tussen de uiteinden van twee diamanten te persen en het materiaal met laserlicht te raken om chemische reacties op te wekken. Bij een druk van ongeveer 2,6 miljoen keer die van de atmosfeer van de aarde, en temperaturen onder ongeveer 15 ° C, verdween de elektrische weerstand.

Dat alleen was niet genoeg om Dias te overtuigen. “Ik geloofde het de eerste keer niet”, zegt hij. Dus het team bestudeerde extra monsters van het materiaal en onderzocht de magnetische eigenschappen ervan.

Het is bekend dat supergeleiders en magnetische velden met elkaar in botsing komen – sterke magnetische velden remmen supergeleiding. Zeker, wanneer het materiaal in een magnetisch veld werd geplaatst, waren lagere temperaturen nodig om het supergeleidend te maken. Het team paste ook een oscillerend magnetisch veld toe op het materiaal en toonde aan dat, toen het materiaal een supergeleider werd, het dat magnetische veld uit het binnenste verdreef, een ander teken van supergeleiding.

De wetenschappers waren niet in staat om de exacte samenstelling van het materiaal of hoe de atomen zijn gerangschikt te bepalen, waardoor het moeilijk is uit te leggen hoe het bij zulke relatief hoge temperaturen supergeleidend kan zijn. Toekomstig werk zal zich richten op het vollediger beschrijven van het materiaal, zegt Dias.

Toen in 1911 supergeleiding werd ontdekt, werd het alleen gevonden bij temperaturen dichtbij het absolute nulpunt (-273,15 ° C). Maar sindsdien hebben onderzoekers gestaag materialen ontdekt die bij hogere temperaturen supergeleidend zijn. In de afgelopen jaren hebben wetenschappers die vooruitgang versneld door zich te concentreren op waterstofrijke materialen onder hoge druk.

In 2015 hebben natuurkundige Mikhail Eremets van het Max Planck Institute for Chemistry in Mainz, Duitsland, en collega’s waterstof en zwavel geperst om een ​​supergeleider te creëren bij temperaturen tot -70 ° C (SN: 15/12/15). Een paar jaar later bestudeerden twee groepen, een onder leiding van Eremets en een andere met Hemley en natuurkundige Maddury Somayazulu, een hogedrukverbinding van lanthaan en waterstof. De twee teams vonden bewijs van supergeleiding bij zelfs hogere temperaturen van -23 ° C en -13 ° C, en in sommige monsters mogelijk zelfs 7 ° C (SN: 9/10/18).

De ontdekking van een supergeleider op kamertemperatuur is geen verrassing. “We zijn duidelijk op weg naar dit”, zegt theoretisch chemicus Eva Zurek van de Universiteit van Buffalo in New York, die niet bij het onderzoek betrokken was. Maar het doorbreken van de symbolische kamertemperatuurbarrière is “een heel groot probleem”.

Als een supergeleider op kamertemperatuur zou kunnen worden gebruikt bij atmosferische druk, zou dit enorme hoeveelheden energie kunnen besparen die verloren gaan door weerstand in het elektriciteitsnet. En het zou de huidige technologieën kunnen verbeteren, van MRI-machines tot kwantumcomputers tot magnetisch zwevende treinen. Dias stelt zich voor dat de mensheid een “supergeleidende samenleving” zou kunnen worden.

Maar tot dusverre hebben wetenschappers onder hoge druk slechts kleine stipjes van het materiaal gemaakt, dus praktische toepassingen zijn nog ver weg.

Toch “is de temperatuur geen limiet meer”, zegt Somayazulu van het Argonne National Laboratory in Lemont, Illinois, die niet betrokken was bij het nieuwe onderzoek. In plaats daarvan hebben natuurkundigen nu een nieuw doel: een supergeleider op kamertemperatuur maken die werkt zonder te knellen, zegt Somayazulu. “Dat is de volgende grote stap die we moeten doen.”