Wetenschappers tonen supergeleidende eigenschappen grafeen aan

Wetenschappers hebben met experimenten aangetoond dat grafeen als supergeleider kan dienen. Voorheen werd al vermoed dat de elektrische weerstand bij grafeen opgeheven kan worden, maar pogingen om dit aan te tonen strandden.

De omstandigheden waarbij grafeen supergeleidend werd bij de experimenten, maken dat het praktisch inzetten nog ver in de toekomst ligt: de weerstand verdween bij de elektrische stroom bij een temperatuur 4 graden boven het absolute nulpunt. De onderzoekers van de University of Cambridge legden bij de experimenten een grafeenflinter op een keramische verbinding van praseodymium, cerium, koper en zuurstof, schrijft De Volkskrant.

Eerdere pogingen om de supergeleidende eigenschappen van grafeen aan te tonen, slaagden deels. Door het materiaal met calcium of lithium te bewerken, kon wel supergeleiding worden bewerkstelligd, maar het maakte dat het grafeen zich onvoorspelbaar ging gedragen.

De onderzoekers stellen dat de experimenten erop wijzen dat grafeen gebruikt kan worden voor transistor-achtige toepassingen in supergeleidende schakelingen en moleculaire elektronica. Daarvoor zouden de supergeleidende eigenschappen behouden moeten blijven bij hogere temperaturen, een stap die nog ver weg lijkt.

Wereldwijd wordt veel onderzoek verricht naar grafeen. Onder andere omdat het sterke en lichte materiaal als halfgeleider in te zetten is. Grafeen bestaat uit een laag koolstofatomen in een kippengaasstructuur en een obstakel voor massale inzet is onder andere dat het lastig te produceren is. Naar de productie van grafeen wordt onderzoek verricht door onder andere de TU Delft en de Rijksuniversiteit Groningen.

De onderzoekers publiceren hun werk onder de titel P-wave triggered superconductivity in single-layer graphene on an electron-doped oxide superconductor in het wetenschappelijke tijdschrift Nature Communications.

Reacties (31)

[Sircuri]

Hoe moet ik deze ontdekking nu zien dan? Praktisch is het dus niet toepasbaar, dus welk nut heeft deze ontdekking?

[Lord Daemon]

Wat voor nut moet een ontdekking voor jou hebben? We zien het meestal als een geweldige ontdekking dat wetenschappers als Copernicus, Galilei en Kepler erachter kwamen dat de zon en de planeten niet om de aarde draaien, en deze laatste ook niet in het centrum van het universum staat. Deze ontdekking deden ze in de zestiende en zeventiende eeuw... maar praktisch nut? Misschien dat simpelere berekeningen hier en daar de navigatie op zee hebben geholpen, maar dit zal heel beperkt zijn geweest. Wel leidde deze ontdekking tot allerlei andere ideeën in de wetenschap, zoals de wetten van Newton, die uiteindelijk heel invloedrijk zijn geweest, ook in praktisch opzicht.

Een les die we hieruit kunnen leren is dat wetenschappelijke ontdekkingen vaak pas na lange tijd en met veel omwegen hun praktische nut bewijzen. Maar ik zou er nog een andere les uit willen trekken. Stel dat de ontdekkingen over ons zonnestelsel nooit praktisch nut hadden gekregen... zouden ze dan waardeloos zijn geweest? Lijkt me niet: het is intrinsiek waardevol voor de mensheid om de wereld waarin we leven te begrijpen. Dat is gewoon machtig mooi. In die zin is elke ontdekking nuttig, simpelweg omdat het een ontdekking is. In onze huidige wetenschap, die heel erg gespecialiseerd is, is het voor een buitenstaander vaak wel lastig om na te voelen en te begrijpen waarom iets een mooie ontdekking is; maar een mooie ontdekking blijft het.

[Edit: missend woord toegevoegd.]

[Reactie gewijzigd door Lord Daemon op 23 juli 2024 21:22]

[iceheart]

Uhm, juist ontwikkelingen in maritieme navigatie(technieken) waren destijds ongeveer de heilige graal van commerciëel relevant onderzoek; als overheden ergens bereid waren voor te betalen dan was het dat wel

[Lord Daemon]

Klopt, maar daarvoor werden volgens mij vooral de sterren gebruikt, en het maakt (met zeventiende eeuwse instrumenten althans) niets uit of je denkt dat de sterren rond de aarde draaien, of dat de aarde een dubbele rotatie rond z'n eigen as en de zon maakt. Wat voor betere navigatie vooral belangrijk was, was een goede klok: dan kon je namelijk aan de hand van de tijd en de stand van de sterren berekenen waar op aarde je was. Vandaar dat overheden naar mijn weten vooral bereid waren te betalen voor betere tijdmeetinstrumenten voor op zee. (De meeste bestaande uurwerken konden niet tegen de golfslag en raakten snel ontregeld, of waren sowieso al erg onnauwkeurig.)

[iceheart]

Klopt ook wel. Ik reageerde ook alleen op de suggestie dat verbeteringen in navigatietechniek niet hoog aangeschreven zouden staan

[Lord Daemon]

Zo had ik mijn oorspronkelijke opmerking in ieder geval niet bedoeld.

[Reactie gewijzigd door Lord Daemon op 23 juli 2024 21:22]

[stevenw64]

Inderdaad misschien niet het beste voorbeeld maar het blijft nog steeds van belang om nieuwe dingen te ontdekken. Je weet het praktisch nut nog niet. Het kan best zijn dat dit ertoe leidt dat ze verder onderzoeken of juist een andere richting op gaan met het onderzoek en met een andere oplossing komen.

Relatief gezien ontdekte China pas op een laat moment het maken van glas in vergelijking met andere beschavingen. Hadden ze dit eerder gedaan, dan had hun hele geschiedenis waarschijnlijk er anders uitgezien. Want met glas komt zoveel meer. Het is niet alleen handig voor een glas water. Als je lenzen kunt maken, kan je brillen maken en hebben wetenschappers de mogelijkheid langer door te werken. Langer door kunnen werken betekent ook meer kunnen ontdekken.

Kortom.. we weten het niet. Dit kan nog wel eens de doorbraak van de eeuw zijn. Iets kleins kan veel teweeg brengen. Je hoeft alleen maar te kijken naar de geschiedenis. Of een dag CIV spelen

[Verwijderd]

Je weet bij wetenschap nooit wat de toepasbaarheid is in de toekomst. Dat is ook niet het doel. Dat doel is ontdekken. Echter, er is na een ontdekking altijd wel een slimmerik die het toepasbaar maakt.

Je denkt tocht niet dat Einstein GPS voor ogen had met zijn relativiteits theorie? Nee, kennisvergaring en het verklaren van zaken. Dat is de basis van wetenschap. Toepasbaarheid komt later. Je moet dus nooit vragen: "Wat gaan we ontdekken en waar kan ik het voor gebruiken?" Er zit een tijd tussen wetenschap en toepasbaarheid, maar ik kan je 1 ding garanderen: Zonder wetenschappelijk onderzoek, en dan met name natuurkunde, kun je toekomstige vooruitgang wel op je buik schrijven.

[Aikon]

Je gooit wetenschap nu wel op een hele groot. Een zeer groot deel van de wetenschap heeft wel degelijk als doel om zaken toepasbaar en/of rendabel te krijgen. Dat zijn simpelweg wetenschappers die in dienst van commerciële partijen zijn en/of afhankelijk ervan middels bijv. een subsidie. Maar weinig wetenschap is écht onafhankelijk en kan gewoon wat gaan 'ontdekken' om het ontdekken. Helaas wordt dit deel steeds kleiner, wat een slechte zaak is voor de mensheid.

[Butsnik]

Jij schetst het dan ook wel weer heel zwart. Een groot deel van dat door commerciële partijen betaalde onderzoek is ook gewoon fundamenteel. Er word in de tech sector ook wel echt gerealiseerd dat een beter begrip van de natuurkunde hun producten kan verbeteren, zonder daar direct een toepassing voor te hebben. Veel bedrijven sponseren hier dus ook geld voor.

Het mooie in de natuurkunde is juist dat je minder het conflict van interesse hierin hebt dan bijvoorbeeld in de medisch of sociologisch onderzoek omdat het bedrijf er zelf ook niks aan heeft om onjuiste informatie te pushen.

[Verwijderd]

Al dit soort dingen beginnen eerst met een 'proof-of-concept' om te kijken of het überhaupt mogelijk is. Vervolgens wordt pas gekeken naar verdere ontwikkeling.

Daarnaast hebben (zover ik weet/ heb begrepen) alle supergeleidende materialen een temperatuur nodig die ver onder de 0 graden celcius ligt.

[robvanwijk]

Daarnaast hebben (zover ik weet/ heb begrepen) alle supergeleidende materialen een temperatuur nodig die ver onder de 0 graden celcius ligt.

Er zijn (minstens) twee vormen van supergeleiding. De eerste treedt op in simpele metalen, bij extreem lage temperaturen. Wetenschappers begrijpen waarom metalen dan supergeleidend worden en kunnen uitrekenen dat er een bepaalde maximum-temperatuur is (vér onder nul), waar dit verschijnsel plaats kan vinden.

Daarnaast zijn er exotische materialen (bijvoorbeeld YBCO al zou "YBaCoO" een betere naam zijn..., zoals floppie86 ook al noemt), die bij, relatief gezien, veel hogere temperaturen supergeleidend zijn. Hiervan kunnen wetenschappers wel meten dát er supergeleiding optreedt, maar ze begrijpen niet wáárom dat gebeurt.

Het is dus niet duidelijk of "de heilige graal" (supergeleiding bij kamertemperatuur) natuurkundig gezien mogelijk is. Maar er wordt hard naar gezocht, want dat zou het aantal mogelijke toepassingen natuurlijk enorm vergroten (en het kan haast niet anders dan dat je er meteen ook een Nobelprijs mee verdient ).

[iceheart]

NB. "meteen" een nobelprijs verdienen gaat niet gebeuren, duurt doorgaans vrij lang voordat die dingen uitgereikt worden. Men is (begrijpelijk!) nogal terughoudend in het aanvaarden van revolutionaire nieuwe vondsten, dus bijvoorbeeld een prof die dat op z'n 60e voor elkaar krijgt zou wel eens onder de zoden kunnen liggen voor ze aan hem toekomen

[zoipe]

Behalve bij global warming. In 2006 een film uitgebracht, 2007 Nobelprijs. Blijft voor mij nog steeds een raadsel dat dit concept zo snel geaccepteerd is. Het zal wel de uitzondering zijn die de regel bevestigd.

[iceheart]

Da's dan ook de Nobelprijs voor de vrede, een betekenisloos vod, alleen nog goed om politiek te schoppen.
Nobelprijzen in de (harde) wetenschappen zijn een totaal andere wereld dan dat (daar moet je écht iets voor presteren ).

[floppie86]

Het feestje begint bij een graad of -150 C met dingen als YBCO. Er zijn in ieder geval al meerdere materialen die bij vloeibaar stikstof temperaturen supergeleiden. Versus vloeibaar helium temperaturen voor de meeste ordinaire metalen.

[gjmi]

hier een grafiekje:

https://nl.wikipedia.org/...27Warme.27_supergeleiders

[Bozariusz]

"De onderzoekers stellen dat de experimenten erop wijzen dat grafeen gebruikt kan worden voor transistor-achtige toepassingen in supergeleidende schakelingen en moleculaire elektronica. Daarvoor zouden de supergeleidende eigenschappen behouden moeten blijven bij hogere temperaturen, een stap die nog ver weg lijkt."

Het kan dus wel, maar nu nog niet.

[Sissors]

Er is nog wel een hele grote stap die mist in die redenatie. Bij een transistor-achtige toepassing is goede geleiding in de 'aan' toestand belangrijk voor de snelheid. Dat lijkt sowieso wel goed te zitten bij grafeen, maar betere geleiding is altijd beter.

Echter, wat eerder problematisch is bij grafeen is de geleiding in de 'uit' stand voldoende slecht te krijgen. Oftewel hem supergeleidend maken als je hem in een transistor-achtige toepassing wil gebruiken is leuk, maar hem niet supergeleidend kunnen hebben in die toepassing is nog veel belangrijker.

[trogdor]

Het uiteindelijke doel is dus een super-halfgeleider, of een half-supergeleider. Hmm, is daar al een term voor ?

[killerbie]

Nog niet toepasbaar, eens her wel toepasbaar is kan dit over de gehele chipindustrie voor een revolutie zorgen. Inzake snelheid, verbruik, warmte obtwikkeling, grootte, etc

[JBVisual]

Er zit een verschil tussen supergeleiders en half-geleiders.

<sub>Supergeleiders
Supergeleiders zijn stoffen of materialen die geen weerstand bieden tegen elektrische stroom. Bij sommige materialen verdwijnt de weerstand tegen elektrische stroom als het materiaal op een bepaalde lage temperatuur wordt gebracht. Men spreekt van supergeleiding wanneer men stroom op gang brengt in een gesloten kring die bestaat uit supergeleidend materiaal en deze stroom gehandhaafd blijft en zal blijven rondlopen zonder aangelegde elektrische spanning. De kringstroom wekt een magnetisch veld op. Met supergeleiders kan men een permanent magnetisch veld opwekken. Doordat deze magneten permanent magnetisch zijn, worden ze veel toegepast. Het grote nadeel van permanente mageneten die gemaakt worden uit supergeleiders is de koeling. De meeste materialen worden supergeleidend bij zeer lage temperaturen. Deze temperaturen zijn slechts enkele graden boven het absolute nulpunt. Het koelen van de supergeleidende magneten gebeurd met kostbare koelinstallaties die veel energie gebruiken. Voor het koelen wordt meestal gebruik gemaakt van vloeibaar helium.

Halfgeleiders
Halfgeleiders zijn stoffen die op het gebied van elektrische geleiding in het midden staan tussen een geleider en een isolator. Als men de structuur van halfgeleiders bekijkt kan men de conclusie trekken dat het om een isolator gaat. Echter een halfgeleider kan gemakkelijk in een geleider worden verandert. Hierbij zijn de eigenschappen op elektrisch gebied goed te manipuleren. Om de elektrische eigenschappen van halfgeleiders te verbeteren kan men elementen of bestandsdelen toevoegen die over de gewenste eigenschappen beschikken.

Er zijn ook stoffen die halfgeleider worden genoemd omdat ze geen groot geleidingsvermogen hebben en het geleidingsvermogen in grote mate afhankelijk is van de temperatuur waarin de stoffen worden gebruikt of geplaatst. Doormiddel van een speciale bewerking, genaamd dotering kunnen de eigenschappen van deze halfgeleiders worden beïnvloed. Halfgeleiders kunnen worden gebruikt voor het maken van componenten.</sub>
Bron

Om het antwoord kort te houden, Toepassing genoeg voor grafeen. Maar nog niet praktisch toepasbaar als supergeleider.
(hoewel dit bijvoorbeeld wel kan dienen als geleider van stroom binnen de CERN)

[Reactie gewijzigd door JBVisual op 23 juli 2024 21:22]

[Qiao_Li]

Gelukkig luisterde niemand naar de persoon die ook zoiets zei over halfgeleiders z'n halve eeuw geleden

[Timoo.vanEsch]

De meeste "mondaine" zaken komen voort uit bypasses van fundamenteel onderzoek.
Niet-klevende lijm, bijvoorbeeld (stick-ups). Of nylon. Of al die honderduizenden andere producten die zijn ontstaan omdat men met restproducten zat na "falend" fundamenteel onderzoek.

Dus als het gaat om "praktisch nut": wacht maar; binnenkort valt er wel een appeltje van die boom.

:edit: off-topic, wel heerlijk zijdelings voorbeeld: drugs.
XTC is initieel als psychotropic geïntroduceerd (psychiatrisch geneesmiddel). Wegens de vele bijwerkingen afgeschreven, maar als partydrug onovertroffen. LSD komt ook uit diezelfde hoek. Dus vaak komen er onverwachte mogelijkheden boven drijven voor zaken die initiëel niet levensvatbaar geacht werden.

[Reactie gewijzigd door Timoo.vanEsch op 23 juli 2024 21:22]

[stekeblind]

Scythe, Noctua en al die producenten worden niet blij van dit nieuws. Kan je het je voorstellen? Processoren die nauwelijks warm worden? Datacenters zonder warmtevervuiling? Wrijvingsloze energiezuinige magneetzweeftreinen?

[mouritsp]

Het moet juist (voorlopig nog) worden gekoeld tot 4 graden boven t absolute nulpunt

[D11]

Scythe, Noctua en al die producenten worden niet blij van dit nieuws. Kan je het je voorstellen? Processoren die nauwelijks warm worden? Datacenters zonder warmtevervuiling? Wrijvingsloze energiezuinige magneetzweeftreinen?

Misschien ooit in de toekomst ... ?

[ParaVince]

Maar hoe zit het nou precies met de weerstand? Als je naar de formule U=I*R kijkt, en als weerstand (R ) 0 neemt krijg je een spanning van...niks? Zijn er andere formules die er wel mee om kunnen gaan? is de weerstand niet nul, maar verwaarloosbaar klein? In welk geval je dan een enorme spanning of stroomsterkte op een materiaal moet zetten om er een beetje vermogen uit te halen.. mis ik wat in mijn denkwijze?!

[MneoreJ]

Nee, bij supergeleiding is de weerstand echt helemaal nul, niet gewoon heel klein - de manier van geleiden is fundamenteel anders dan in alledaagse materialen. Stroom blijft verliesloos lopen in een supergeleidend circuit. Daarom is supergeleiding ook zo'n hot topic (ondanks de zeer lage temperaturen die er doorgaans voor nodig zijn...) Elektrische "wetten" die een relatie leggen tussen de weerstand en de spanning/vermogen gaan gewoon niet op voor supergeleiders.

[ParaVince]

Dank voor de reactie. Ik denk dat ik deze vraag ook maar eens bij mijn professor neer ga leggen, ik vind dit (na wat Google werk) toch wel een heel interessant topic!

[lezzmeister]

Als het topic hot genoeg blijft is het over 20 jaar gedaan met de lage temperaturen en hebben we ze op kamertemperatuur.

Hoop ik.