Universiteit Leiden

nl en

Gaatjes prikken voor supergeleiding

In hun zoektocht naar materialen die zonder weerstand stroom geleiden bij gematigde temperaturen, sleutelen wetenschappers meestal aan de chemische samenstelling. Leidse natuurkundigen komen nu met een radicaal nieuwe benadering: gaatjes prikken in een periodiek patroon. Publicatie in SciPost.

Sinds de ontdekking van supergeleiding in 1911 in Leiden, zijn fysici op zoek naar materialen die ook bij kamertemperatuur elektriciteit geleiden zonder weerstand, in plaats van alleen in een ultra-koude omgeving. Decennialang lag de focus daarbij op de chemische samenstelling. Leids natuurkundige Milan Allan en zijn groep hebben echter een radicaal nieuwe aanpak bedacht.

Metamaterialen

Materialen danken hun eigenschappen niet alleen aan de moleculen waar ze uit bestaan, maar ook aan hun structuur. Soms is structuur zelfs de beslissende factor in het gedrag van een materiaal, zoals eerder onderzoek in soft matter physics al aantoonde. Onderzoekers creëren nieuwe zogenoemde metamaterialen door hun structuur nauwkeurig te ontwerpen. Allans groep heeft nu een manier bedacht om dezelfde truck uit te halen op de nanoschaal, met de bedoeling om reguliere stoffen te veranderen in supergeleiders.

Gaatjes

De fysici hebben een theorie afgeleid die stelt dat een periodiek patroon van gaatjes—van slechts enkele nanometers—alle weerstand wegneemt voor een elektrische stroom. Het team verklaart hun methode in een artikel dat ze publiceren in SciPost. ‘De formules vertellen ons dat dit zou moeten werken,’ zegt Allan. ‘Dat blijkt uit zowel de computersimulaties als onze afleidingen.’

Grote impact

Als de theorie ook stand houdt in het laboratorium, zou het een enorme impact hebben op onze maatschappij. Allan: ‘Zelfs als dit alleen leidt tot supergeleiding van maar een paar graden hoger, zou het al ontzettend veel kosten schelen voor een miljardenindustrie zoals die van MRI-scanners. Dat is ook waarom we een patent hebben ingediend, met hulp van LURIS.’ Andere toepassingen zijn bijvoorbeeld sensoren met hoge precisie.

Studenten

De auteurslijst op de publicatie laat zien hoezeer natuurkundestudenten in Leiden worden betrokken bij echte wetenschap; de helft van de auteurs zijn bachelor- of masterstudenten die tijdens hun studie aan het project werkten. Op dit moment werken andere bachelorstudenten aan de experimentele realisatie van de nieuwe theorie.

Het artikel is gepubliceerd in het nieuwe tijdschrift SciPost, dat is opgericht in Nederland en als uitganspunt transparantie en openheid heeft.

Publicatie

Milan P. Allan, Mark H. Fischer, Oliver Ostojic and Arjo Andringa, 'Creating better superconductors by periodic nanopatterning', SciPost