In het laboratorium van Cornell University ontdekten natuurkundigen onverwacht dat supergeleiding in ijzerselenide FeSe niet afhangt van het aantal elektronen, maar van hoe perfect het kristalrooster van het materiaal is. Deze conclusie verandert het gangbare beeld van hogetemperatuursupergeleiders en opent een nieuwe weg om ze te beheersen.
Gewoonlijk veranderen wetenschappers in zulke materialen het aantal elektronen — de zogenoemde dotering — om in de ‘koepel’ van supergeleiding terecht te komen, waar het materiaal bij betrekkelijk hoge temperaturen zijn weerstand verliest. In FeSe bleek alles echter anders te liggen. Onderzoekers onder leiding van Kyle Shen toonden aan dat de curve van deze koepel nauw samenhangt met de verstrooiing van elektronen aan roosterdefecten, en niet met de concentratie van ladingsdragers.
Stelt u zich stadsstraten voor: als de wegen vlak zijn en geen kuilen hebben, rijden auto’s snel en zonder hinder. Zodra er gaten en obstakels opduiken, vertraagt het verkeer, zelfs als er niet meer auto’s bij komen. Zo is het ook in het FeSe-kristal: elektronen ‘struikelen’ over onvolkomenheden in het rooster, en juist dat bepaalt wanneer het materiaal supergeleidend wordt.
Postdoc Paul Malinowski, de eerste auteur van het in PNAS gepubliceerde werk, verduidelijkt: ‘We hebben vastgesteld dat de koepel in dit materiaal helemaal niet wordt bepaald door wat we gewend zijn. Niet door hoeveel elektronen je toevoegt, maar door welke obstakels ze op hun weg tegenkomen — hoe perfect of onvolmaakt het kristalrooster is.’
De experimentatoren gebruikten een nieuwe methode om FeSe te beheersen en maten hoe de weerstand verandert bij verschillende niveaus van wanorde. Het bleek dat een minimale wanorde de hoogste temperatuur voor supergeleiding mogelijk maakt, terwijl een simpele verandering van het aantal elektronen een veel kleiner effect oplevert. Dat onderscheidt FeSe van de meeste andere ijzerhoudende supergeleiders.
De ontdekking is niet alleen belangrijk voor de fundamentele natuurkunde. Inzicht in de rol van structurele wanorde kan helpen om stabielere en beter beheersbare materialen te maken voor toekomstige technologieën — van krachtige magneten tot kwantumapparaten. Hoe schoner het rooster, hoe dichter we bij het praktische gebruik van hogetemperatuursupergeleiding komen.
