Wat is een supergeleider?
Supergeleiders zijn materialen die elektriciteit geleiden zonder weerstand. Dit betekent dat, in tegenstelling tot de meer bekende geleiders zoals koper of staal, een supergeleider een stroom onbeperkt kan geleiden zonder energie te verliezen. Zij hebben ook verscheidene andere zeer belangrijke eigenschappen, zoals het feit dat er geen magnetisch veld kan bestaan binnen een supergeleider.

Supergeleiders hebben de wereld van de geneeskunde reeds drastisch veranderd met de komst van MRI-machines, die hebben geleid tot een vermindering van verkennende operaties. Energiebedrijven, elektronicabedrijven, het leger, de transportsector en de theoretische natuurkunde hebben allemaal sterk geprofiteerd van de ontdekking van deze materialen.

Tot op de dag van vandaag blijven de grootste succesvolle toepassingen van supergeleiders de krachtige elektromagneten die worden gebruikt in Magnetic Resonance Imaging (MRI)-systemen (er zijn meer dan 22.000 MRI-magneten gemaakt) en onderzoeksmagneten, en de RF-versnellerholtes die worden gebruikt bij experimenten in de hoge-energiefysica.

Een korte geschiedenis van supergeleiders

De eerste ontdekking van een supergeleidend materiaal vond plaats in 1911 toen een Nederlandse wetenschapper genaamd Heike Kammerlingh Onnes, die ook de eerste persoon was die helium vloeibaar maakte, en temperaturen zo laag als 1,7 kelvin (K) bereikte.

In de jaren zestig luidden twee nauw met elkaar samenhangende ontdekkingen een nieuw tijdperk in waarin praktische supergeleidende apparaten werden ontwikkeld en gecommercialiseerd: de ene was de ontdekking van supergeleider NbTi, die het eerste materiaal verschafte voor de praktische vervaardiging van supergeleidende draad en gevormde componenten; de tweede was de Josephson junctie, die nog steeds de basis vormt voor een verscheidenheid van unieke elektronische apparaten.

Ondanks het enorme succes van NbTi en soortgelijke materialen, werd een nog bredere toepassing van supergeleiders beperkt door de vereiste van koeling tot zeer lage temperaturen (1,5 – 5K) met gebruikmaking van vloeibaar helium.

In het najaar van 1986 ontdekten J. Georg Bednorz en K. Alexander Müller, twee onderzoekers aan IBM’s Zürich Lab, een oxidemateriaal dat supergeleidde bij 30K. Deze twee onderzoekers kregen de Nobelprijs voor natuurkunde 1987 voor hun werk. Vervolgens ontdekte Paul Chu aan de Universiteit van Houston in 1987 YBCO, dat een supergeleider werd bij slechts 90 K. Omdat 90 K kan worden bereikt met vloeibare stikstof, een veelgebruikt industrieel koelmiddel, boden deze ontdekkingen voor het eerst de mogelijkheid voor een veel breder scala van apparaten. In de daaropvolgende maanden brachten de ontdekkingen van BSCCO en TBCCO de overgangstemperatuur van supergeleiders op 127K.

De ontdekking van deze “hoge temperatuur supergeleiders” wekte enorme belangstelling, en er is een hele industrie ontstaan die zich toelegt op het onderzoek en de commerciële ontwikkeling van deze materialen en hun toepassingen. Tegenwoordig wordt een enorme reeks apparaten ontwikkeld voor zowel lage- als hogetemperatuur-supergeleiders.

De internationale concurrentie op het gebied van deze materialen is groot, en de huidige inspanningen betreffen vele facetten van de elektronica-, communicatie-, energie-, medische technologie-, transport-, militaire, en materiaalverwerkende industrie.