YBCO op atoomniveau
Sedert in de jaren 80 de bovengrens voor supergeleiding boven het kookpunt van stikstof (-196 °C) kwam te liggen met de ontdekking van de hogetemperatuursupergeleiders door Alex Bednorz en Georg Müller, was de hoop gesteld ooit nog eens materialen te vinden die bij kamertemperatuur supergeleidend zijn. Dat is nog steeds niet gebeurd, maar recent onderzoek geeft enige hoop dat het speurwerk naar die kamertemperatuursupergeleiding niet helemaal ijdel is. In 2013 lieten de, in hoofdzaak, Duitse en Franse onderzoekers zien dat YBa2Cu3O6,5(‘afgekort’ tot YBCO) supergeleiding bij kamertemperatuur vertoont. Nu presenteren ze een idee over hoe dat allemaal in zijn werk zou kunnen gaan.
In 2013 ontdekten de, vooral, Duitse en Franse onderzoekers dat terwijl ze een mengsel van barium-, koper- en yttriumoxide blootstelden aan lichtimpulsen van een ir-laser, ze in dat YBCO een fractie van een seconde supergeleiding konden bewerkstelligen. Met behulp van röntgenstralen hebben ze de precieze structuur van het materiaal nu doorgrond en de onderzoekers denken dat ze een idee hebben hoe het fenomeen werkt (al is het maar eenmiljoenste van een seconde). YBCO bestaat uit dunne laagjes koperoxide die afgewisseld worden met dikkere lagen die ook bariumoxide en ytriumoxide bevatten. Supergeleiding ontstaat doordat paren elektronen, zogeheten Cooperparen, zich als superfluïde kwantumdeeltjes gedragen, die zich ongehinderd door een vaste stof kunnen bewegen. In YBCO doet zich nog een tweede effect voor: het tunneleffect. De Cooperparen kunnen zich dan ook dwars door de lagen heen bewegen. Dat tunneffect zou de oorzaak zijn voor het bestaan van de hogetemperatuursupergeleiders. Door de laserpulsen zou de positie van de atomen tijdelijk zo veranderd worden dat de koperlagen dikker en de andere oxidelagen dunner worden, met als resultaat een vergroting van de koppeling tussen de dunne lagen en daarmee een verhoging van de kritische temperatuur van de faseovergang naar supergeleiding. Dat levert niet meteen een goede theorie op voor een manier om supergeleiding bij kamertemperatuur te verkrijgen, noch dat dat er toe leidt dat we binnen afzienbare tijd die materialen ook zullen vinden, maar het geeft toch een sprankje hoop dat de speurtocht niet vergeefs hoeft te zijn….
Bron: Futura-Sciences