Algemeen nieuws

< VorigeAfbeelding 1 van 1Volgende >

Metingen aan een supergeleider laten een scherpe overgang zien tussen een gewoon metaal en een zogeheten 'vreemd' metaal. Maar wat pas echt vreemd is: de overgang verliest die scherpte weer als de temperatuur daalt. Theoretisch natuurkundige Jan Zaanen, een van de auteurs van een Science-artikel: 'We hebben hier geen machinerie voor. Dit is iets dat alleen een quantumcomputer kan berekenen.'

Supergeleiders zorgen al ruim een eeuw voor verrassingen. In 1911 ontdekte Heike Kamerlingh Onnes in Leiden tot zijn verbazing dat kwik bij 4,2 Kelvin (ofwel 4,2 graden boven het absolute nulpunt van -273 graden Celsius) stroom geleidt zonder meetbare weerstand.

Pas in 1957 werd het verschijnsel verklaard, waarna in 1986 een nieuw type supergeleiding werd ontdekt in complexe koperoxides. Dit wordt hogetemperatuursupergeleiding genoemd; het houdt zelfs stand bij 'hoge' temperaturen van 92 Kelvin.

Supergeleiding bij kamertemperatuur zou ongekende technologische toepassingen inhouden, maar het verschijnsel onttrekt zich voorlopig aan een sluitende verklaring. En dat ligt niet aan het gebrek aan inzet van natuurkundigen, zoals theoretisch natuurkundige Jan Zaanen. Bij een publicatie in Science is Zaanen mede-auteur als huistheoreet.

Vreemd metaal
'Het wordt geacht als een bom in te slaan,' schrijft Zaanen over de publicatie, 'zelfs voor Science-maatstaven is dit niet run-of-the-mill.'

Sinds 1957 weten we dat supergeleiding ontstaat doordat de elektronen paren vormen die ongehinderd door het kristal kunnen zeilen. Dat gebeurt pas onder een kritische temperatuur Tc. Maar ook bóven die temperatuur vertonen hogetemperatuursupergeleiders al vreemd gedrag. In deze 'vreemd metaal'-fase gedragen de elektronen zich niet als grotendeels afzonderlijke deeltjes, zoals in normale metalen, maar als een soort collectief.

Sudi Chen en collega's van Stanford University onderzochten de overgang tussen gewoon en vreemd metaal in het supergeleidende koperoxide Bi(2212) met hulp van de techniek ARPES (Angle Resolved Photo-emission Spectroscopy). Daarbij schijnt intens UV-licht op de supergeleider, met een energie die elektronen uit het monster kan schieten. De energie en de impuls van zulke uitgewipte elektronen verraden vervolgens hoe de elektronen in het materiaal zich gedragen.

Water koken
Naast de temperatuur is daarbij het doping-gehalte een cruciale parameter. Door chemische fijnafstelling kan het aandeel vrij bewegende ladingsdragers in het materiaal gevarieerd worden, waardoor de eigenschappen veranderen.

Bij relatief warme temperaturen (iets boven de maximaal haalbare Tc) blijkt de overgang tussen vreemd en normaal metaal te liggen tussen een dopinggehalte van 19 en 20 procent. Bij die overgang, maten Chen en collega's, verspringt de energieverdeling van de elektronen abrupt. Zulke discontinue overgangen komen veel meer voor in de natuurkunde. Een voorbeeld is het koken van water: bij de overgang van water naar stoom maakt de dichtheid van water een forse sprong.

Maar het vreemde was dat de discontinuïteit verdwijnt als de temperatuur afdaalt tot in het supergeleidende gebied: geleidelijk verdwijnt de abrupte overgang, en verlopen de eigenschappen ineens vloeiend.

Grofvuil
'Hoe zit het nou? Volgens algemeen principe zou dat discontinue gedrag bij hoge temperatuur zich moeten vertalen in een discontinue overgang bij lage temperatuur', zegt Zaanen, 'Dat dit niet gebeurt is strijdig met elke berekening die tot nu toe gedaan is. De hele beschikbare theoretische machinerie van de natuurkunde faalt.'

Dit betekent dat de zogeheten 'quantumkritische overgang', tot nog toe een favoriet verklaringsmodel, bij het grofvuil kan. Die voorspelt een continue verloop van het ARPES-signaal als functie van doping.

Volgens Zaanen is dit alles duidelijke aanwijzing dat de vreemd-metaal-fase een gevolg is van quantumverstrengeling, de verknooptheid van de eigenschappen van quantummechanische deeltjes die ook van essentieel belang is voor quantumcomputers.

Quantumcomputer
Daarom is het gedrag vermoedelijk eigenlijk alleen goed te berekenen met een quantumcomputer, denkt Zaanen. Meer nog dan het het kraken van computerbeveiligingen of het doorrekenen van moleculen, is het vreemde metaal dé rekenopgave bij uitstek waarbij de quantumcomputer zijn voordeel ten opzichte van de klassieke computer kan laten zien.

De moraal, zegt Zaanen, is dat de oorsprong van supergeleiding in toenemende mate bijzaak geworden is. 'Na dertig jaar is het bewijs zich aan het opstapelen dat het bij hoge Tc -supergeleiding gaat om een radicaal nieuwe vorm van materie, die bepaald wordt door de consequenties van quantumverstrengeling in de macroscopische wereld.'

Bron: www.universiteitleiden.nl

Afdrukken | Mail door

Meer algemeen nieuws

> Steef Blok, directeur TU/e...
> Energy Storage event op 13...
Toon volledig overzicht

Column / Opinie

Rotmaatregel

Techniek, transparantie en de wereldproblematiek

Speelgoed of speelslecht?

Toon alle columns / opinies

Advertorial

De in de auto-industrie gebruikte KEMET-smoorspoelen uit de SC-serie werken zelfs bij hoge temperaturen   
Meer en meer fabrikanten in de automobielsector besluiten om een verscheidenheid aan hoogspanningsapparatuur te gebruiken om het rijcomfort en het algemene voertuiggebruik te verbeteren. Dit gaat echter gepaard met een stijgende vraag naar extra elektriciteit. De oplossing voor dit probleem is niet om nieuwe energiebronnen toe te voegen (dit verhoogt het gewicht en de grootte van het voertuig), maar om effectiever gebruik te maken van de energiebronnen die we reeds gebruiken. Lees verder .    

Advertorial

Geef uw werkzaamheden een professionele uitstraling     
Met de Brother P-touch labelprinters maakt u snel en eenvoudig onverwoestbare en slijtvaste labels, waarmee u elke klus verantwoord en professioneel kunt afwerken. De gelamineerde labels zijn verkrijgbaar in diverse kleuren en maten en bij uitstek geschikt voor het markeren van installaties, leidingen, buizen, bedrading en zelfs uw gereedschap.

Nu verkrijgbaar met 33% korting: bekijk de actie

Bedrijf in beeld

Bent u vodoende vertrouwd met PCB-ontwerp?

DELO Industrial Adhesives

AVE Added Value Electronics

Vacatures

Hiflex Automatiseringstechniek B.V.
Voor de technische afdeling zijn wij op zoek naar een:
Technicus Industriële Automatisering
(Minimaal MBO niveau)
Wij bieden een zeer afwisselende baan in een dynamische technische omgeving zowel bij onze klanten als intern in Ridderkerk.
Wat vinden wij een pré?
• In het bezit van het certificaat B-VCA,
• Affiniteit met aandrijftechniek- en industriële automatisering.
Nieuwsgierig en wil je meer weten? Klik hier .

TOP-electronics
Field Sales Engineer - B2B
TOP-electronics zoekt een collega die verantwoordelijk is voor het verder uitbouwen van onder andere de productgroepen Wireless & IoT en Displays and Embedded Computing. Beschik je over technische kennis en verkoop-ervaring in B2B en ben je gedreven om de snel opvolgende nieuwe technologieën eigen te maken, lees dan verder en mail ons.

Lezersaanbieding

Met de MPLAB PICkit 4 in-circuit debugger van Microchip kunt u bij PIC® en dsPIC® flash microcontrollers snel en gemakkelijk programmeren en fouten opsporen door gebruik te maken van de krachtige grafische gebruikersinterface van de MPLAB X geïntegreerde ontwikkelomgeving (IDE).

Nieuwsbrief

Ontvang wekelijks het laatste nieuws uit uw vakgebied. Meld u hier aan voor de gratis nieuwsbrief. U wordt dan ook op de hoogte gehouden van het verschijnen van de nieuwe
e-zines.

Agenda

Klik hier voor de complete agenda.