Een nieuwe klasse van supergeleiders inspireert fysici tot nieuwe onderzoek. Dit nieuwe supergeleidertype is anders: Anders dan bij de in de jaren negentig ontdekte ‘cuprate’ materialen (die door hun keramische broosheid moeilijk te bewerken zijn) kan men van dit nieuwe materiaal draden trekken. Samen met de hoge sprongtemperatuur is dit een belangrijke voorwaarde voor de brede technische toepassing van de nieuwe supergeleider.
Om de materiaaleigenschappen gericht te kunnen verbeteren, is het belangrijk om het mechanisme van de supergeleiding te begrijpen. Aan de Goethe-Universität Frankfurt am Main werkt een groep theoretisch fysici hier aan. Ze zijn daarbij op interessante fenomenen gestoten: als ze het materiaal onder druk zetten, heeft soortgelijke effecten als ze met vreemde atomen doteren. Dotering is in de halfgeleidertechniek een gebruikelijke truc om aanvullende ladingdragers in het materiaal te brengen en daardoor de geleidbaarheid te verhogen. Bij de cupraten heeft een dotering dezelfde functie.
Vreemde fenomen
Bij de nieuwe supergeleiders schijnt echter een ander effect van de dotering belangrijker te zijn: vreemde atomen veranderen de structuur van het materiaal. Naastliggende ijzeratomen kruipen dichter naar elkaar en het rooster dat ze met de arseenatomen vormen, benadert de afmetingen van het ideale platonische lichaam. Beide veranderingen hebben een onmiskenbaar effect op de in het metaal vloeiende elektronen.
In de berekeningen nemen de onderzoekers een zogenaamd ‘nestingeffect’ waar, een instabiele toestand zoals een kogel op de punt van een kegel. Om een stabiele toestand te bereiken, kunnen de elektronen kiezen tussen twee collectieve toestanden: de ene is magnetisch, de andere supergeleidend. Dit zou een belangrijke stap kunnen zijn voor de verklaring van supergeleiding in de ijzer- arseen legering.
Samenwerking
Het Helmholtz-Zentrum Berlin für Material- und Energieforschung nam de experimenten voor de structuuranalyse met de neuronenverstrooiing voor zijn rekening, samen met het Institut Max van Laue-Paul Langevin in Grenoble. De preparaten voor de beproeving en het aantonen van de supergeleiding werden uitgevoerd door het Ames Laboratory en de Iowa State University in de Verenigde Staten.
