In een historische doorbraak hebben onderzoekers van de Universiteit van Rochester met succes een supergeleider gecreëerd die kan worden gebruikt in elektriciteitsnetten om elektriciteit zonder verlies te transporteren, het laten zweven van hogesnelheidstreinen of voor snellere elektronica. Het met stikstof gedoteerde lutetiumhydride vertoont supergeleiding bij 20,5 graden Celsius en 10 gigapascal. Het vorige record, van hetzelfde team, was supergeleiding bij respectievelijk 14,4 graden Celsius en 39 miljoen pascal en -11,1 graden Celsius met 26 miljoen pascal.
Supergeleiders zijn materialen die elektriciteit kunnen geleiden zonder weerstand. Dit zou een ongelooflijke impact hebben op de wereld, van het verminderen van energieverliezen van elektriciteitsnetten tot het creëren van zwevende hogesnelheidstreinen. Deze doorbraak is zo belangrijk omdat het de mogelijkheid van supergeleiding op omgevingstemperatuur en toegepaste technologieën aantoont.
Het team achter deze doorbraak heeft duidelijk gemaakt dat er nog veel werk aan de winkel is voordat deze technologie in de echte wereld kan worden toegepast. Het met stikstof gedoteerde lutetiumhydride werkt alleen bij temperaturen boven het absolute nulpunt en bij zeer hoge druk. Het team zoekt nu naar manieren om de temperatuur waarbij supergeleiding optreedt te verhogen en de vereiste druk te verlagen.
Supergeleiding: Een eeuwenlange zoektocht
Wetenschappers werken al meer dan een eeuw aan deze doorbraak in de gecondenseerde materie. Supergeleidende materialen hebben twee belangrijke eigenschappen: de elektrische weerstand verdwijnt en de magnetische velden die worden uitgezonden gaan om het supergeleidende materiaal heen. Dergelijke materialen zouden elektriciteitsnetten mogelijk kunnen maken die elektriciteit overbrengen zonder het verlies van tot 200 miljoen megawattuur (MWh) van de energie die nu optreedt door weerstand in de draden. Daarnaast worden toepassingen mogelijk zoals wrijvingsloze, zwevende hogesnelheidstreinen, snellere en efficiëntere elektronica, en Tokamak-machines die magnetische velden gebruiken om plasma’s op te sluiten om fusie tot stand te brengen als bron van onbeperkte energie.
Kritiek
Eerder meldde het team van Dias in artikelen in Nature en Physical Review Letters dat het twee materialen – koolstofhoudend zwavelhydride en yttrium-superhydride – heeft gemaakt die supergeleidend zijn bij respectievelijk 14,4 graden Celsius/39 miljoen pascal en -11,1 graden Celsius/26 miljoen pascal. Gezien het belang van de nieuwe ontdekking hebben Dias en zijn team zich ongewoon ingespannen om hun onderzoek te documenteren en de kritiek af te wenden die ontstond in de nasleep van de vorige Nature-paper.
Het vorige artikel werd door de redactie van Nature ingetrokken vanwege de kritiek. In reactie daarop verzamelden Dias en zijn team nieuwe gegevens buiten het laboratorium, in Argonne en Brookhaven National Laboratories, met een publiek van wetenschappers die live getuige waren van de supergeleidende overgang. Deze nieuwe gegevens werden vervolgens ingediend bij Nature met aanvullend bewijs om hun eerdere werk te valideren.
Implicaties en potentiële impact
De implicaties van deze ontdekking zijn immens; stel je voor dat je elektrische energie over duizenden kilometers kunt transporteren zonder verliezen. Dit zou een revolutie betekenen voor het gebruik van elektriciteit over de hele wereld en leiden tot meer betaalbare medische beeldvorming en scantechnieken zoals MRI en magnetocardiografie en tot snellere digitale logica en geheugentechnologie.
Als het lukt om om de temperatuur waarbij supergeleiding optreedt te verhogen en de vereiste druk te verlagen, kunnen we binnenkort een wereld zien die wordt aangedreven door supergeleiders in de omgeving; een wereld waarin elektriciteit kan worden overgedragen zonder verliezen, waardoor een ongekende efficiëntie in ons energieverbruik ontstaat.
Als je dit artikel leuk vindt, lees dan ook:
