Stelt u zich een trein voor die zonder wrijving over de rails vliegt, of een smartphone-oplader waarbij geen enkele watt verloren gaat. Precies zulke perspectieven opent supergeleiding — het verschijnsel waarbij elektrische stroom zonder weerstand vloeit. Decennialang bleef het echter alleen beschikbaar bij extreem lage temperaturen, die dure koeling met vloeibaar helium vereisen.
Een nieuw onderzoek van wetenschappers van de universiteiten van Utrecht, Leiden en München brengt het felbegeerde doel dichterbij. Het vandaag in het tijdschrift Science gepubliceerde werk toont aan: aan een van de twee belangrijkste voorwaarden voor supergeleiding kan al bij kamertemperatuur worden voldaan. Dit is een belangrijke stap vooruit, hoewel het volledige beeld nog niet duidelijk is.
Supergeleiding vereist twee dingen. Ten eerste moeten elektronen zich verenigen in Cooper-paren. Ten tweede moeten deze paren synchroon bewegen — de zogenoemde fasecoherentie. In gewone supergeleiders vinden beide processen gelijktijdig plaats bij zeer lage temperaturen. In de hogetemperatuurmaterialen die in de jaren 1980 werden ontdekt, ligt de situatie anders.
Wetenschappers hebben vastgesteld dat Cooper-paren in zulke materialen al bij temperaturen ruim boven het overgangspunt naar de supergeleidende toestand ontstaan. „De ‘lijm’ die de paren bijeenhoudt, is sterk genoeg om ze zelfs bij kamertemperatuur te bewaren,” merkt een van de onderzoeksleiders, Ingmar Svart, op. Zo blijft dus juist de synchrone beweging van de paren het knelpunt.
Voor de metingen bouwde het team eigen apparatuur die onderscheid kan maken tussen de stroom die door afzonderlijke elektronen wordt gedragen en de stroom die door paren wordt gedragen. Daardoor kon rechtstreeks worden waargenomen wanneer en hoe de paring plaatsvindt. De resultaten bevestigen: de eerste cruciale fase is onder gewone omstandigheden haalbaar.
Als men de fasecoherentie onder de knie krijgt, wordt de weg naar kamertemperatuursupergeleiding realistisch. Dan komen er uiterst efficiënte elektriciteitsleidingen, krachtige kwantumcomputers en magnetische zweeftreinen zonder enorme koelkosten. De onderzoekers zijn al van plan zich op deze tweede opgave te richten.
De ontdekking belooft geen onmiddellijke doorbraak, maar wijst duidelijk aan in welke richting we verder moeten. Nu is het duidelijk dat een van de belangrijkste hindernissen overwinnelijk is — en dat geeft gegronde hoop.
