KOOLSTOF-60 RAAKT SUPERGELEIDEND DOOR EXTRA POSITIEVE GATEN

Onderzoekers van Bell Labs in New Jersey hebben een manier gevonden om kristallen van het koolstofmolecuul C (buckybal) supergeleidend te maken. Ze deden dat door met behulp van elektroden positieve of negatieve ladingsdragers in het van nature niet-geleidende kristal te injecteren. Wanneer ze extra elektronen toevoegden, verloor het C zijn weerstand bij een temperatuur van elf graden boven het absolute nulpunt. Wanneer er echter elektronen aan het kristal werden onttrokken (waardoor in het molecuul `positieve gaten' ontstaan) bleek de supergeleidende overgangstemperatuur op te lopen tot 52 graden Kelvin. Afgezien van de hoge-temperatuursupergeleiders op basis van koperoxide is dit de hoogste temperatuur ooit bereikt voor een supergeleidend materiaal. De onderzoekers zien goede mogelijkheden de temperatuur nog verder op te voeren (Nature, 30 nov).

Al in 1991 is ontdekt dat C-kristallen supergeleidend worden wanneer er metaalatomen, bijvoorbeeld kalium of cesium, aan worden toegevoegd. Die leveren vrije elektronen aan de koolstofmoleculen waardoor de verbinding als geheel zich als een metaal gaat gedragen. Hoe groter de metaalatomen die worden toegevoegd, hoe hoger de temperatuur waarbij het buckybal supergeleidend wordt. Uit theoretische berekeningen blijkt dat deze overgang bij nog hogere temperaturen zou plaatsvinden als de geleiding zou worden verzorgd door positieve gaten. Tot nu toe was het onmogelijk langs chemische weg, door andere atomen toe te voegen, elektronen aan buckybalmoleculen te onttrekken.

De onderzoekers van Bell Labs deden het daarom anders. Ze brachten op C-kristalletjes goudelektroden aan, van elkaar gescheiden door een isolerend laagje aluminiumoxide, en maakten zo een zogeheten Field Effect Transistor. Door op de onderste elektrode een spanning te zetten konden er een willekeurig aantal elektronen mee aan het kristal worden toegevoegd of onttrokken. Dat stelde de onderzoekers in staat om het aantal gaten per C-molecuul zó in te stellen dat een zo hoog mogelijke supergeleidende overgangstemperatuur werd verkregen.

Wanneer ze er bovendien in zouden slagen om de moleculen in het kristalrooster wat verder van elkaar te brengen, bijvoorbeeld met behulp van kaliumatomen, is de verwachting dat de overgangstemperatuur boven de honderd graden boven het absolute nulpunt kan komen te liggen. De nu ontwikkelde methode is uniek omdat de supergeleidende eigenschappen van het kristal naar believen kunnen worden veranderd en ook volledig kunnen worden onderdrukt. Zo zou een C-kristal de basis kunnen gaan vormen voor een ideale schakelaar: in één keer van volledig isolerend naar supergeleidend.