Veertig jaar lang dachten onderzoekers van hoge-temperatuursupergeleiders op basis van koper dat hun kristallen door en door homogeen waren. Nieuw onderzoek van wetenschappers van de Universiteit van Warwick en de Europese Synchrotronstralingsfaciliteit (ESRF) toont het tegendeel aan: het materiaal is een mozaïek van verschillende structuren.
De ontdekking van 1986 — de cupraten — beloofde een revolutie in energieoverdracht zonder verliezen. Alle theorieën en berekeningen waren gebaseerd op de voorstelling van één enkel kristalrooster. Nu is die voorstelling weerlegd.
Met behulp van driedimensionale röntgendiffractie (3DXRD) wierp het team voor het eerst een diepe blik in het inwendige van een LESCO-monster — een lanthaan-europium-strontium-cupraat. Het scannen van kamertemperatuur tot 100 kelvin onthulde twee verschillende atomaire pakkingen, gescheiden door ongewoon brede grenzen — ongeveer 150 nanometer.
Deze grenzen, aldus chemicus Mark Senn, scheiden de gebieden niet alleen, maar belemmeren actief de supergeleiding. Elektronen die paren zouden moeten vormen en zonder weerstand zouden moeten bewegen, stuiten in deze zones op hindernissen.
Het resultaat verklaart waarom het ene monster beter werkt dan het andere, en maakt herziening van veel eerdere metingen noodzakelijk. Toekomstige modellen moeten met deze interne inhomogeniteit rekening houden.
De 3DXRD-methode, die mogelijk werd dankzij de modernisering van de ESRF, zal ook in andere materialen vergelijkbare ‘verborgen’ structuren blootleggen. De vraag is nu: moet een cupraat als één enkele stof worden beschouwd of als een verzameling van meerdere materialen in één kristal.
Inzicht in de werkelijke structuur brengt de praktische toepassing van supergeleiders bij hogere temperaturen dichterbij.
