Nieuwe fase in strijd om hoge-temperatuur supergeleiding

Hoewel het al meer dan tien jaar geleden is dat de eerste hoge-temperatuur supergeleiders werden ontdekt, bestaat er nog altijd geen bevredigende verklaring voor het verschijnsel. En aangezien supergeleiding al goed is geweest voor niet minder dan vijf Nobelprijzen, blijft zij in het middelpunt van de belangstelling staan.

Op dit moment zijn er ruwweg twee kampen te onderscheiden, een dat de oude BCS-theorie aanhangt, en een ander dat veel meer ziet in een revolutionair mechanisme op basis van een magnetische interactie.

In beide theorieën bewegen de elektronen zich door het materiaal in zogenoemde Cooper-paren. De BCS-theorie - naar de ontdekkers Bardeen, Cooper en Schrieffer - gaat ervan uit dat de twee elektronen in staat zijn om in het atoomrooster een golf op te wekken, een zogeheten fonon, waarop ze wrijvingsloos voortsurfen. Het is alsof een paar bowlingballen over een matras rollen: de eerste drukt de veren zo in dat de tweede als het ware aangetrokken wordt. Bij hogere temperaturen staan de atomen echter zelf zo te trillen dat supergeleiding eindigt: de Cooper-paren vallen uit elkaar. De alternatieve theorie gaat uit van een magnetische interactie: zowel elektronen als atomen zijn immers zelf magneetjes, of ook wel spins. De spin van het eerste elektron zorgt ervoor dat de spin van een atoom in het rooster omklapt, waardoor het tweede elektron - met tegengestelde spin - wordt aangetrokken. De theorieën onderscheiden zich van elkaar waar het de symmetrie van de toestanden betreft waarin de elektronen zich bevinden. Volgens BCS hebben deze een duidelijk s-karakter terwijl de spingolf-theorie daarentegen een d-karakter voorspelt. Waar in het eerste geval de waarschijnlijkheid om het tweede elektron in de buurt van het eerste te vinden in alle richtingen even groot is, kenmerken d-elektronen zich door een veel gecompliceerder patroon.

Onlangs werden in Nature (29 mei) de resultaten gepresenteerd van experimenten aan een supergeleidende film van TlBaCuO. Met behulp van een uiterst gevoelige magnetische probe (SQUID) kon worden aangetoond dat de Cooper-paren daarin uitsluitend een heel specifieke vorm van d-symmetrie vertonen. Dat bleek uit de sterkte van een magnetische kolk (vortex) die in het supergeleidende materiaal werd opgewekt. Het TlBaCuO was speciaal uitgezocht omdat het een zodanige kristalsymmetrie heeft dat geen s-golfgeleiding mogelijk was. Uit experimenten aan materialen met een andere kristalsymmetrie waren al eerder sterke aanwijzingen verkregen dat daarin het s-mechanisme wel degelijk een rol moest spelen. Hoewel de bewijzen voor d-golfgeleiding dus al met al iets overvloediger zijn, heeft het er desondanks veel van weg dat de theoretische strijd onbeslist zal eindigen.