Supergeleiders die de regels aan hun laars lappen

Stel je voor: een supergeleider die sterker wordt juist als het extreem zwaar krijgt. Dat kán niet, dachten we.

Al meer dan honderd jaar weten we dat magneten en supergeleiders elkaars ergste vijanden zijn. Een magnetisch veld sloopt de perfecte geleiding. Draai het veld hoger, en poef – alles is voorbij. Basiswetenschap.

Maar uranium ditelluride, of UTe₂, lacht daar gewoon om.

Opstanding bij 40 Tesla

In 2019 vonden onderzoekers iets geks. Dit spul geeft niet op onder magnetische velden. Het herleeft zelfs. We hebben het over velden die honderden keren sterker zijn dan wat gewone supergeleiders aankunnen.

Bij 10 Tesla verdwijnt de supergeleiding – al krankzinnig sterk. Maar duw door naar 40 Tesla, en bam: het komt terug. Alsof het materiaal uit de dood herrijst.

Vandaar de naam 'Lazarus-fase'. Perfect bedacht. Jarenlang zagen we magneten als killers. Dit zegt: soms zijn het maar hobbels op de weg.

De herrijzenis hangt af van de hoek

Nu het spannende: die terugkeer gebeurt niet zomaar. Alleen als je het magnetisch veld in precies de goede richting zet.

Fysicus Andriy Nevidomskyy van Rice University was verbijsterd. "Eerst daalt het zoals verwacht, maar dan komt het terug bij hogere velden. En alleen in een smalle hoek. Geen idee hoe."

Als experts 'verbijsterd' zeggen, dan is het raar.

Door alles uit te meten, zagen ze een 3D-halo rond een as in het kristal. Denk aan een donut om een stok. Zo ziet het er op kwantumniveau uit.

Een slim model voor het onmogelijke

Wat speelt er binnenin? Dat is dé vraag.

Nevidomskyy maakte een model dat past bij de data, zonder elk detail te kennen. Geen gedoe met hoe elektronen precies paren tot Cooper-paren. Gewoon het grote plaatje, zoals waarom een schip drijft zonder alle stromingsleer.

Het geheim? Die Cooper-paren draaien. Ze hebben hoekimpuls, als minitronnetjes in een rondje. Een extern veld botst daarmee, en dat geeft de richtingeffecten die we meten.

Net als een tol in een magnetisch veld: geen simpele val, maar ingewikkelde draaipatronen per hoek.

Waarom dit niet alleen cool is

Lekker trucje, maar nut? Jazeker.

Supergeleiders zitten al in MRI-scanners, zwevende maglev-treinen en deeltjesversnellers. Maar ze zijn zwak tegen magneten. Begrijp je UTe₂, dan ontwerp je betere versies voor krachtigere tech.

Dit is geen stoffige theorie. Het opent deuren naar nieuwe tech.

Nog open vragen

Toch blijven raadsels. Waarom keert het precies terug bij hogere velden? Een 'metamagnetische overgang' – een abrupte omslag in magnetisatie – lijkt de trigger. Maar hoe?

Nevidomskyy: de 'lijm' voor Cooper-paren is onbekend, maar dat ze magnetisch moment dragen, is goud waard voor volgend onderzoek.

Wetenschap op z'n best: één antwoord, drie nieuwe vragen. Heerlijk.

De les

UTe₂ bewijst: supergeleidingsregels zijn richtlijnen, geen wetten. Juiste structuur, veldsterkte, hoek – en natuur doet het ondenkbare.

Ontdekkingen als deze houden fysici wakker. Wat verstopt zich nog meer in het kwantum?