De sluwe truc waarmee wetenschappers supergeleiders eindelijk praktischer maken

Luister, ik moet je iets vertellen waar wetenschappers al decennia mee worstelen. Ze hebben namelijk net een doorbraak bereikt die eigenlijk best briljant is.

Herken je dat gevoel dat je telefoonlader warm wordt? Of dat je laptop begint te zoemen omdat je te veel tabbladen open hebt? Dat is energie die verloren gaat als warmte. Best zonde, als je er even over nadenkt — al die stroom die gewoon... poef... opgaat in warmte in plaats van nuttig werk te leveren.

De droom van verliesvrije energie

Daarom worden wetenschappers zo enthousiast van supergeleiders. Deze bijzondere materialen kunnen elektriciteit transporteren met nul energieverlies. Nul. Helemaal niets verloren. In een wereld waar datacenters dubbele cijfers aan wereldwijde elektriciteit opslokken, is dat best een grote deal.

Maar er is een maar. Zoals altijd.

Traditionele supergeleiders zijn ongelooflijk kieskeurig. Ze werken alleen bij temperaturen kouder dan het grootste deel van Antarctica — denk aan min 200 graden Celsius. Om ze zo koud te houden heb je industriële koelsystemen nodig die zelf ook weer energie en een hoop geld kosten. Niet bepaald praktisch voor in je smartphone, dus.

En alsof dat nog niet vervelend genoeg is, reageren ze ook slecht op magnetische velden. En magneten vind je nu eenmaal overal in de technologie die we gebruiken.

Onderzoekers hebben dan ook jaren besteed aan het zoeken naar materialen die minder extreme kou nodig hebben of beter tegen magnetische velden kunnen. Dat werk loopt nog steeds, maar vooruitgang gaat langzaam.

De plotwending waar niemand op rekende

En hier wordt het spannend. Een team aan de Chalmers University of Technology in Zweden dacht eigenlijk: "Wat als we stoppen met het veranderen van de supergeleider en in plaats daarvan veranderen waar hij op rust?"

Ik weet het, het klinkt bijna te simpel. Maar luister even.

De onderzoekers werkten met iets dat cupraat-super geleiders heet. Dit zijn de toppers onder de supergeleiders omdat ze bij iets minder belachelijk lage temperaturen werken dan andere materialen. Maar ze zijn koppig. Zodra je ze maakt, zit hun chemische structuurbasically vast.

Wat het team deed was zich richten op het substraat — de ondergrond onder de supergeleidende laag. Ze veranderden dat oppervlak op nanoniveau, met tiny richels en dalen (we hebben het over miljoensten van een millimeter hier).

Waarom dit eigenlijk werkt

Hier komt het interessante deel: die microscopische structuren veranderen de elektronische omgeving precies op de grens tussen substraat en supergeleider. Het is alsof het substraat instructies fluistert naar de atomen in de supergeleider, hen vertelt hoe ze zich moeten rangschikken.

Het resultaat? De elektronen in de supergeleidende laag begonnen zich anders te gedragen — ze namen een "voorkeursrichting" aan die het geheel stabieler en sterker maakte.

"We konden zien hoe de eigenschappen van de elektronen een voorkeursrichting begonnen te krijgen in dit grensgebied en zich gingen gedragen op een manier die de supergeleidende toestand stabiliseerde en versterkte," legde professor Floriana Lombardi uit, de hoofdonderzoeker.

En belangrijk: deze aangepaste supergeleider hield zijn bijzondere eigenschappen vast, zelfs blootgesteld aan sterke magnetische velden — iets dat normaal supergeleiding in de meeste materialen vernietigt.

Waarom dit belangrijker is dan het misschien lijkt

Hier is mijn visie: dit is niet zomaar een leuke labtruc. Dit vertegenwoordigt een totaal andere manier van denken over het probleem.

Jarenlang was de aanname dat als je betere supergeleiders wilde, je betere materialen moest vinden of bestaande chemisch moest aanpassen. Beide aanpakken zijn duur, tijdrovend en lopen vaak vast.

Maar deze substraat-beeldhouwwerk-aanpak? Hij opent een nieuw ontwerpprincipe. In plaats van te zoeken naar unieke materialen, kunnen ingenieurs misschien bestaande supergeleiders nemen en ze een prestatieboost geven door gewoon het oppervlak waarop ze groeien aan te passen.

Dat is enorm voor toepassingen zoals kwantumcomputing, geavanceerde medische beeldvorming, en ja — uiteindelijk ook om onze elektronica een stuk energiezuiniger te maken.

De weg voor ons

We gaan volgend jaar nog geen supergeleidende smartphones zien. De temperaturen zijn nog steeds erg koud, en er ligt nog veel technisch werk voor ons.

Maar dit onderzoek geeft wetenschappers een nieuw gereedschap in hun gereedschapskist. Het suggereert dat soms de beste oplossing niet is om tegen de aard van een materiaal in te gaan, maar juist met zijn omgeving samen te werken.

Ik houd dit in de gaten. Soms komen de grootste doorbraken gewoon van de vraag: "Wat als we hier nu eens heel anders tegenaan kijken dan iedereen tot nu toe?"

Soms is de slimste zet gewoon het fundament veranderen.

Bron: ScienceDaily