Koolstofhoudende zwavelhydride krijgt onder hoge druk én bij 14 graden Celsius al supergeleidende eigenschappen, ontdekten Amerikaanse wetenschappers.

Het is de droom van veel natuurkundigen: een materiaal dat niet bij extreem lage temperaturen elektriciteit geleidt zonder enige elektrische weerstand. Vorig jaar kwam een team Max Planck Institute for Chemistry daar dicht bij in de buurt toen het een materiaal had ontwikkeld dat bij -23 graden Celsius supergeleidend is.

Onderzoekers van de Universiteit van Rochester doen daar een schepje bovenop. Ze creëerden onder hoge druk een materiaal dat supergeleidende eigenschappen heeft bij kamertemperatuur. “Het bereiken van supergeleiding bij kamertemperatuur is al lang een heilige graal in de natuurkunde en deze mijlpaal lijkt met dit werk te zijn bereikt”, zegt Twents hoogleraar natuurkunde Hans Hilgenkamp erover.

Lees ook:

• Nieuw record gevestigd op het gebied van supergeleiding
• Efficiënter stroomtransport dankzij supergeleiding?

Zwavelhydride

Het probleem met de huidige supergeleidende materialen is dat ze alleen werken bij zeer lage temperaturen, tot ver onder de 200 kelvin (circa -73 graden Celsius). Dat euvel zouden de Amerikaanse wetenschappers nu hebben verholpen.

Hoofdonderzoeker Ranga Dias en zijn team lieten onder extreem hoge druk waterstof met koolstof en zwavel fotochemisch reageren en verkregen zo het betrekkelijk nieuwe materiaal koolstofhoudende zwavelhydride. Bij ruim 14 graden Celsius had het koolstofhoudende zwavelhydride supergeleidende eigenschappen. En dat is nog nooit eerder gelukt.

Hoge druk

Hilgenkamp is erg enthousiast over het onderzoek. “Om maar even met een woordspeling te beginnen: Als langjarig onderzoeker op het gebied van supergeleiding en lage temperaturen kan ik hier warm van worden.”

“Het onderzoek toont aan dat het mogelijk is een supergeleidende toestand bij kamertemperatuur te verkrijgen. Maar hiervoor is nog wel een extreem hoge druk nodig. Dit is een belangrijke complicatie die het systeem ongeschikt maakt voor praktische toepassingen.”

“De onderzoekers hebben het ene probleem (zeer lage temperaturen) voor het andere (zeer hoge druk) omgeruild”, zegt scheikundige Kees Booij daarop. “Een metaal is een geleidende stof; elektronen kunnen er vrij in bewegen. Ze hebben nu iets gemaakt dat metaalachtige eigenschappen heeft, maar waterstof heeft die enorme druk nodig om vast en metallisch te worden.”

Het team wil daarom in vervolgonderzoek achterhalen hoe het koolstofhoudende zwavelhydride supergeleidend kan maken op kamertemperatuur zonder dat het onder hoge druk moet staan. De druk die op het koolstofhoudende zwavelhydride stond, was bijna 2,7 miljoen bar. Ter vergelijking: de atmosferische druk op zeeniveau is ongeveer 1 bar.

Mijlpaal

Het werk laat echter wel zien dat met een goed samenspel van verschillende chemische stoffen supergeleiding kan worden geoptimaliseerd, vertelt Hilgenkamp. “Mogelijk biedt dit inzichten om ook bij lagere drukken en wellicht bij nog hogere temperaturen supergeleiding te verkrijgen. Vooralsnog is deze ontdekking vooral een heel mooie mijlpaal voor de wetenschap en voor het onderzoek aan het fascinerende fenomeen van de supergeleiding.”

Kamerlingh Onnes

Supergeleiding werd op 8 april 1911 per toeval ontdekt door de Nederlandse natuurkundige Heike Kamerlingh Onnes. De wetenschapper liet in zijn laboratorium het vloeibare metaal kwik steeds verder afkoelen. Toen het kwik een temperatuur van 4,2 graden Kelvin (ongeveer -269 graden Celsius) bereikte, viel de weerstand plotseling volledig weg. Sindsdien hebben wetenschappers over de hele wereld gewerkt aan het verhogen van de temperatuur waarbij materialen in supergeleiders veranderen.

Bronnen: Nature, University of Rochester via EurekAlert!, Hans Hilgenkamp

Beeld: University of Rochester photo / J. Adam Fenster