SUPERGELEIDING VAN 25 NAAR 49 KELVIN DOOR SPECIALE ONDERGROND

In 1986 troffen onderzoekers van het IBM-researchlaboratorium in Zürich in een keramische verbinding supergeleiding aan bij 35 kelvin (-238 graden Celsius. Dat was veel hoger dan van metalen bekend was en onmiddellijk daagde er hoop dat weldra weerstandsvrije elektrische geleiding bij kamertemperatuur mogelijk zou zijn. Maar ondanks intensief speuren en experimenteren is het record sinds 1993 blijven steken op -140 graden Celsius (133 Kelvin), in een verbinding van kwik, barium, calcium, koper en zuurstof (vlakken met koperoxide zijn essentieel in het kristalrooster van keramische supergeleiders). Veel onderzoeksgroepen die gretig het nieuwe terrein betraden, zijn intussen alweer afgehaakt.

Dat wil niet zeggen dat er geen voortgang wordt geboekt. Deze week publiceert opnieuw een groep van IBM-Zürich in Nature een techniek die de overgangstemperatuur in supergeleiders sterk verhoogt. Door een dunne laag (film) van een verbinding van lanthaan, strontium, koper en zuurstof op een geschikte ondergrond te hechten, bereikten ze dat de overgangstemperatuur steeg van 25 kelvin (in een gewoon kristal van deze stof) naar 49 kelvin.

De essentie van de Zwitserse techniek is vervorming. Die kan allereerst worden bereikt door hydrostatische druk op de supergeleider te zetten. In 1994 lukte het een groep langs deze weg de overgangstemperatuur in de recordverbinding te verhogen van 133 kelvin naar 164 kelvin. Het probleem met deze techniek is dat de druk in alle richtingen toeneemt, terwijl het effect van drukverandering op de overgangstemperatuur per kristalrichting verschilt. Zelfs kan drukverhoging langs de ene kristalas een tegenovergestelde uitwerking hebben als die langs een andere.

De IBM-groep van J.-P. Locquet omzeilt deze 'tekortkoming' hydrostatische druk door de supergeleider op een geschikte ondergrond te plakken, in dit geval SrLaAlO. Dit kristal heeft afmetingen die iets verschillen van die van het supergeleidende kristal, dat er in hoog-vacuüm met speciale technieken (epitaxie) atoomlaag voor atoomlaag op wordt aangebracht. Als de film niet te dik is, in dit geval 15 nanometer, en er in het rooster weinig onregelmatigheden (defecten) optreden, 'volgt' het kristal van de supergeleider dat van de ondergrond. De normale roosterafmetingen, in twee asrichtingen respectievelijk 1,3212 en 0,3784 nanometer groot, veranderen aldus in 1,331 en 0,376 nanometer: uitrekking en krimp tegelijk.

Juist dit tegenovergestelde effect, iets wat bij het toepassen van (uniforme) hydrostatische druk per definitie niet kan, heeft een spectaculaire verhoging van de overgangstemperatuur tot gevolg. Het zoeken is nu naar toepassing van deze techniek bij andere supergeleiders, met andere kristallen als ondergrond, om zo de parameters die bij deze krimp-en-rek techniek een rol spelen in de vingers te krijgen. Wellicht dat supergeleiding (in dunne films) dan alsnog lukt zonder al te extreme koude.