Een vergeten superverleider

Honderden natuurkundigen in de wereld lieten de laatste weken alles uit hun handen vallen om onderzoek te doen aan een nog onbekende supergeleider: magnesiumdiboride....

Martijn van Calmthout

HET is de vrijdagmiddag vóór de maandagavond in Seat tle. In het Oortgebouw in Leiden is experimenteel fysicus dr. Jan Aarts klaar voor de reis naar de Amerikaanse westkust, zaterdag. Zojuist heeft hij de tekst van zijn voordracht afgerond voor de traditionele voorjaarsvergadering van de American Physical Society (APS). Een verhaal over elektronische microschakelingen met magneetmaterialen wordt dat, zijn specialisme.

Maar dat doet er nu even niet toe.

Aarts vliegt vooral naar de verre Amerikaanse westkust voor magnesiumdiboride MgB 2, een betrekkelijk ordinair grauwgrijs chemisch stofje - bij de groothandel 419 gulden per potje van een ons - waarvan sinds januari bekend is dat het een supergeleider is. En niet zomaar een. Al bij 39 Kelvin (dat is: 39 graden boven het absolute nulpunt van min 273 graden Celsius) verliest het zijn elektrische weerstand, 16 graden hoger dan alle andere bekende metallische supergeleiders.

Die bijna veertig graden is lang geen record voor een supergeleider. Maar zeer opmerkelijk is wél dat een zo simpele verbinding zich aldus gedraagt. Aarts: 'Vooral als je bedenkt dat heel wat laboratoria dat spul gewoon op de plank hadden staan. Er was domweg nooit naar gekeken. Dat kun je een verrassing noemen, je kunt ook vaststellen dat we kennelijk de theorie nog niet zo goed beheersen dat we op voorhand weten waar we moeten kijken.'

Wat, zegt hij enthousiast, ook kan betekenen dat magnesiumboride het begin van iets nieuws en moois is. 'Als veertig graden kan, waarom dan geen zestig, of tachtig? Het is heel wel denkbaar dat door slimme bijmeng ingen nog hogere prestaties te bereiken zijn. Dat hebben we eerder gezien.'

Op 10 januari jongstleden verraste de Japanner Jun Akimitsu zijn vakgenoten op een congres in Tokio met zijn vondst: koel een brokje magnesiumdiboride af tot 39 graden boven het absolute nulpunt, en je kunt er zonder enige weerstand stroom doorheen sturen. Op 1 maart bracht Nature het grote nieuws, dat voordien slechts door een enkeling was opgemerkt.

En sindsdien is de hel losgebroken. Tientallen groepen hebben alles uit hun handen laten vallen en zijn in magnesiumboride gestapt. Geruchten flitsen over internet. Op de webstek met recente vondsten staat sinds 5 maart een Chinees artikel, dat van 49 Kelvin rept, na toevoeging van koper. Niet officieel, want bij nader inzien hadden twee van de zeven auteurs de meetgegevens nog nooit onder ogen gehad. 'Het is een hype', zegt Aarts met twinkelende ogen. 'Maar je wilt het toch niet missen.' Hij gaat naar Seattle waar volgens zijn laatste gegevens meer dan zestig voordrachten over de vergeten supergeleider zijn aangemeld.

Het is de dinsdagmorgen erna, tien uur, Enschede. Nee, hij heeft nog geen nadere bericht uit Seattle, zegt KNAW-onderzoeker dr. Hans Hilgenkamp van de Universiteit Twente. 'Maar dat kan ook bijna niet. Er waren 77 sprekers en onze man Dave Blank was, geloof ik, voorlaatste. Ze begonnen om acht uur hún tijd. Hij zal tegen een uur of twee wel aan het woord zijn gekomen.'

Hilgenkamp en Blank vormen met ing. Guus Rijnders en de promovendi ir. Alexander Brinkman en ir. Dragana Mijatovic de harde kern van de Twentse groep van twaalf auteurs die sinds eind februari koortsachtig aan magnesiumdiboride werken. Ze speuren letterlijk dag en nacht, weekends incluis, naar methodes om dunne films van het materiaal te maken.

Sinds vorige week lukt dat redelijk. Blank kon maandagnacht in Seattle melden dat inmiddels 22 Kelvin is bereikt. De metingen waren zaterdag en zondag gedaan. Twee vergelijkbare experimenten kwamen ook tot rond de 20.

Hilgenkamp: 'Het is allemaal hard gegaan. Het eerste bericht was van begin februari. Een mailtje over Akimitsu's verhaal van Horst Rogalla, onze hoogleraar. Interessant, vond hij. Daarna heeft het een paar dagen gesudderd, we spraken erover bij de koffie, en een week later, na een colloquium hebben we besloten het op te pakken.' Bij een firma in Karlsruhe werd de eerste twee ons MgB 2 besteld.

In de Twentse vakgroep Lage Temperaturen worden dunne films gemaakt met een proces in vacuümkamers waarbij een laser atomen van een trefplaatje losmaakt, waarna die elders als een laagje kunnen neerdalen. Andere experimenten moesten wijken, al was het maar omdat magnesium de opstelling vervuilt. 'Dat doe je niet zomaar.'

In eerste instantie gebeurde er niks. Er werden wel dunne films magnesiumboride afgezet, op silicium. Maar die waren, ook bij extreme afkoeling, geen supergeleider. De onderzoekers probeerden andere opdamptemperaturen uit, andere uitstookprocessen, alternatieve ondergronden.

Hilgenkamp: 'Gaandeweg begin je te begrijpen wat je doet en de tekenen van een goed procédé te herkennen.' Vorige week vrijdag werd supergeleiding bij 12 Kelvin waargenomen en besloot Blank definitief naar Seattle te reizen. Terwijl hij onderweg was, sloegen in Enschede de meters al bij 22 Kelvin uit, een record voor dunne films van magnesiumboride.

Behalve in Enschede is er ook al meetwerk aan het nieuwe materiaal verricht in Groningen, waar prof. dr. Dirk van der Marel via via de hand legde op originele magnesiumdiboride-samples van ontdekker Akimitsu. Hij karakteriseerde een aantal belangrijke eigenschappen met behulp van infrarood licht, meldde hij in Seattle.

Ook in het publiek daar was prof. dr. Ronald Griessen van de Vrije Universiteit, vijftien jaar geleden een belangrijke speler. Amsterdam, meldt in die stad Griessens compaan dr. Bernhard Dam van Vaste Stoffysica, gaat ook dunne films magnesiumdiboride maken. Materiaal en apparatuur zijn besteld. Niet te laat? 'De ervaring leert dat het interessante werk toch pas na de hausse plaatsvindt.'

Maandagavond, Seattle. Om acht uur zitten in de grote ballroom van het Western Hotel pakweg duizend natuurkundigen en de pers. Het is de Woodstock-zaal, genoemd naar een APS-bijeenkomst vijftien jaar geleden in New York, waar destijds een gigantische doorbraak in de supergeleiding werd aangekondigd. De zaal puilde toen uit, er waren staande ovaties, het was een heksenketel. Het Woodstock of Physics, zeggen oudgedienden nog steeds dromerig.

De sfeer is ook deze maandag weer opgewonden. Op het programma staat allereerst de ontdekker van de nieuwe supergeleider, Jun Akimitsu, en daarna maar liefst 79 voordrachten van telkens twee minuten, allemaal over dat magnesiumboride.

Akimitsu verontschuldigt zich. De hele heisa heeft hem ook allemaal een beetje overvallen. En of de zaal zijn vragen langzaam wil stellen, gezien zijn Engels.

Waarna het verhaal van de ontdekking nogmaals volgt. Dat zijn groep werkte aan calciumboride CaB 6, een halfgeleider die onder bepaalde omstandigheden opeens magnetisch kan worden. In plaats van calcium werd het nauw verwante magnesium ook eens geprobeerd, uitgaande van magnesiumdiboride. Dat hij een jaar lang had geprobeerd zelf magnesiumboride te synthetiseren, tot hij ontdekte dat die stof zo bij de groothandel te halen valt, is het enige echte nieuws.

Akimitsu krijgt een ovatie.

Dinsdagmiddag. Jan Aarts meldt zich vanuit Seattle. 'Geen Woodstock', luidt zijn eerste zin. 'Niemand stond op om vijftig of zestig Kelvin te melden, dat zou wel even een andere atmosfeer geschapen hebben. Anderzijds was het verbluffend om te zien hoeveel overeenstemming er al is tussen experimenten en tussen theoretici.' En dat in amper een maand meten en rekenen.

De belangrijkste conclusie, zegt ook Dave Blank van de Twentse groep, is dat magnesiumdiboride geen totaal afwijkende supergeleider is. 'Er zijn veel aanwijzingen dat het om een gangbare metaalachtige supergeleider gaat, die gewoon over het hoofd is gezien.' Wat belangrijk is, omdat zulke metaalachtige materialen vaak beter geschikt zijn voor technische toepassingen dan exotische verbindingen, die al bij veel geringere koeling supergeleiden.

Hij is zelf tot diep in de nacht blijven hangen. Maar toen zaten er nog hooguit honderdvijftig diehards in de zaal. Blank belt om zes uur 's ochtends zijn tijd. Zijn jetlag houdt hem wakker.

Voor experimentator Jan Aarts uit Leiden is hoe dan ook een opwindend nieuw tijdperk aangebroken. Hij gebruikt graag dunne laagjes supergeleidend materiaal als perfect elektrisch contact op de magneetstructuurtjes die hij bestudeert. 'Als magnesiumboride zijn beloften waarmaakt, betekent het dat we tot misschien wel veertig Kelvin metingen kunnen gaan doen. Tot nog toe was dat de helft.'

Hij heeft vaste magnesiumboridetabletjes in bestelling, waarmee in zijn lab zulke laagjes gemaakt kunnen worden. Maar de levertijd is inmiddels opgelopen tot enkele weken. Vanwege de grote belangstelling.

In Twente is de stand nu 23,5 Kelvin. Daar komt het magnesiumboride-programma nu in een iets rustiger vaarwater, denkt onderzoeker Hilgenkamp. 'Iedereen is voluit gegaan voor Seattle, nu wordt het tijd voor bezinning.'

Woensdagavond. Nog altijd is het Chinese artikel over supergeleiding in magnesiumboride met koper bij 49 Kelvin niet formeel vrijgegeven. Verder even geen nieuws.

Meer over