Hete supergeleiding

Natuurkundigen die onderzoek doen naar supergeleiders zullen de zomer van 2023 niet snel vergeten. Het materiaal LK-99 leek even een gedoodverfde winnaar voor de Nobelprijs te zijn, maar was uiteindelijk een schoolvoorbeeld van te veel beloven, onoplettendheid en overdrijving.

Supergeleiders zijn materialen die elektriciteit geleiden zonder enige weerstand. De belofte is groot, maar er zit een addertje onder het gras: ze moeten daarvoor wel worden gekoeld tot heel lage temperaturen, ver beneden het vriespunt van water. Het materiaal LK-99 zou dit probleem oplossen door zich als supergeleider te gedragen bij temperaturen ver boven nul graden Celsius. Die belofte bleek vals, maar zelfs nu nog zijn er onderzoekers die de atomen van LK-99 manipuleren in de hoop er alsnog een supergeleider in te ontwaren. Maar waarom al die drukte over een supergeleider met een naam die klinkt alsof hij uit een superheldenfilm komt?

Preprint publicaties

De gebeurtenis die de natuurkundewereld drie weken zou opschudden, begon op 22 juli 2023. Die dag verschenen er twee wetenschappelijke artikelen op de preprint-server arXiv waar wetenschappers hun artikelen meteen kunnen publiceren zodra ze af zijn.

De auteurs van het Quantum Energy Research Centre in Seoul in Zuid-Korea onthulden LK-99, een materiaal dat bestaat uit koper, lood, fosfor en zuurstof, en zijn naam ontleent aan een project dat de hoofdonderzoekers Lee Sukbae en Kim Ji-Hoon in 1999 uitvoerden. Dit project leverde een materiaal op dat volgens de twee wetenschappers een hogetemperatuursupergeleider was. Het materiaal werd supergeleidend bij temperaturen boven de 100 graden Celsius, meer dan tweehonderd graden boven de temperatuur van het materiaal dat nu aan de top staat als supergeleidend. En als iets te mooi klinkt om waar te zijn, dan is het dat meestal ook.

Dit is niet het volledige artikel. Het hele verhaal staat in De Ingenieur van november 2023. Interessant? Neem eens een proefabonnement van drie nummers voor 25 euro.

Op arXiv zijn duizenden artikelen te vinden, over onderwerpen als wiskunde, informatica en natuurlijk supergeleiderfysica. Echter de resultaten gepubliceerd in een online artikel op arXiv zijn nog niet onafhankelijk gecontroleerd door andere onderzoekers. En zo begint het verhaal van LK-99.

Tegenspraak

‘Ik was op vakantie toen het nieuws naar buiten kwam’, herinnert experimenteel natuurkundige Anne de Visser, universitair hoofddocent aan de Universiteit van Amsterdam, zich. ‘Een student uit mijn groep hoorde van de artikelen en seinde me in. Toen ik terug was van vakantie en de inhoud las, realiseerde ik me al snel dat LK-99 geen supergeleider was.’

Die mening wordt gedeeld door natuurkundige Mazhar Ali, universitair hoofddocent aan de TU Delft. ‘In allebei de artikelen stonden grafieken die in tegenspraak waren met hun conclusies. Ik was er niet van overtuigd dat ze gelijk hadden.’

Opgeschrikt door de claims over zo’n grensverleggend materiaal gingen onderzoekers van over de hele wereld aan de slag om te bewijzen of te ontkrachten dat LK-99 een revolutionaire supergeleider is.

Vloeibaar helium en kwik

Het verhaal over supergeleiding gaat helemaal terug tot het jaar 1911, toen de wereld voor het eerst kennismaakte met supergeleiding. Het was Heike Kamerlingh Onnes aan de Universiteit Leiden die in 1908 helium omzette van een gas in een vloeistof. Tegenwoordig misschien een onbeduidende handeling, maar helium afkoelen tot het kookpunt van -269 graden Celsius (4,2 kelvin) was geen geringe prestatie. Het leverde hem in 1913 de Nobelprijs voor Natuurkunde op voor zijn werk.

Met zijn ultrakoude helium ging Kamerlingh Onnes aan de slag.

Dit is niet het volledige verhaal.