Bell Labs realiseert doorbraak in supergeleiding

Wetenschappers van Bell Labs, onderdeel van Lucent, zijn erin geslaagd om bij een temperatuur van -120 graden celcius een supergeleider te maken. De geleider bestaat uit bucky-balls: koolstofmolekulen die uit 60 atomen bestaan en de vorm van een voetbal hebben. De nu behaalde temperatuur is een record. Nog nooit eerder is een materiaal gevonden dat supergeleidend is in zijn 'warme' omgeving en zo'n simpele structuur heeft. Een vergelijkbaar resultaat werd eerder behaald met koper-oxide supergeleiders, maar deze zijn bijzonder duur en de theoretische natuurkunde die erbij hoort is erg complex. Aangezien vloeibare stikstof een temperatuur heeft van -196 graden celcius lijkt dit de eerste supergeleider te zijn die op grote schaal toegepast kan worden:

Scientists from Lucent Technologies' Bell Labs have shown that soccer ball-shaped carbon molecules known as bucky balls can act as superconductors at relatively warm temperatures, raising hopes for inexpensive, power loss-free organic electronics and other practical applications such as quantum computers.

[...] Cold as the new temperature may sound, it is warm enough for the bucky ball superconductors to function while cooled by liquid nitrogen instead of the much more expensive liquid helium.

Als je meer wilt weten over supergeleiders is www.superconductors.org een goed startpunt. Met dank aan Floris Diemel voor het gebruik van de newssubmit.

Reacties (57)

Even een domme vraag. Mensen beginnen nu heel hard te roepen over heel veel GHz'en, maar het gaat hier toch om een supergeleider en geen superhalfgeleider? Ik heb hier absoluut geen verstand van, maar afgaand op het verhaal van Bell Labs gaat het om toepassingen in 'electronics'. Geen idee of je hier ook transistortjes mee kan maken...

Wij hadden hier een tijdje geleden ook al discucssie over. Volgens mij is het niet mogelijk van een supergeleider een transistor te bouwen. Andersom vertoont een halfgeleider (sislicium, germanium) volgens mij ook nooit supergeleidende eigenschappen. Zelfs niet bij extreem lage temperaturen.
Supergeleiders zijn meestal keramische materialen.
Mijn collega's waren het niet met me eens, maar wisten ook geen steekhoudende argumenten aan te voeren.

Hoi,

In princiepe (volgens mijn informatie) zijn alle geleiders supergelijdend bij het absolute minpunt, ook halfgeleiders dus. Echter dat is geen practiche temperatuur, en de meeste 'warme' supergelijders zijn legeeringen en vak keramisch.

Over het kunnen maken van een tranistor met behulp van supergeleidende materialen. Daar heb je een goed punt, zat ik namelijk zelf ook al aan te denken. Echter voor een processor heb je geen Transistor nodig, alleen schakkelaars (aan of uit) en mogelijk dat die wel te maken zijn met halfgeleiders.

Volgens mij wordt er bij het absolute nulpunt geen stroom meer geleidt...

Dat d8 ik dus ook
iig silicium wordt een uitstekende isolator als je het koud genoeg maakt.
Het isoleerd zelfs beter dan de glazen schoteltjes waaraan men hoogspanningsdraden hangt.

Ik denk bdw ook dat energie bedrijven dit wel interresant vinden, er worden bv al enige jaren plannen gemaakt voor een gelijkstroomkabel naar Noorwegen.
Deze kabel is wel wat prijzig en zou met supergelijding lees "grotere energie overdracht" natuurlijk veel interresanter worden.

Dat is niet correct. Electronen kunnen door twee dingen worden verstrooid (i.e. weerstand): door warmtetrillingen (fononen) in het rooster, en door roosterfouten (onzuiverheden, lege plekken etc). Als je koelt tot het absolute nulpunt ben je wel van de fononen af, maar niet van de roosterfouten. Het is dus duidelijk dat het materiaal moet "meewerken" om supergeleiding te creeren.

Uhh.. het is toch zo dat wanneer je het absolute nul punt hebt bereikt atomen nietmeer bewegen. dus dan kan er ook geen stroom meer door heen

Volgens mij heb ik laatst in het blad "Natuur en techniek" gelezen dat geleerden een transistor op basis van supergeleidend matriaal hadden gemaakt.
Behalve het feit dat er in de transistor geen warmte ontwikkeld wordt zouden de scakelsnelheden van zo'n transistor in teorie oneindig snel zijn (dus in de practiek misschien aardig wat hoger als van de huidige transistors ).

Volgens mij zijn er twee problemen in de GHz race.

Als eerste de grote van de structuren, hoe groter de afstanden hoe langer de tijd voordat een signaal ergens is, en dus hoe lager de snelheid moet. (speelt alleen by syncroon geschakelde schakelingen)

Het tweede probleem is de warmte ontwikkeling, hoe groter de snelheid hoe grotere spanning en impliciet stroom nodig is om nog goed te kunnen werken. Stroom wekt warmte op in normale geleiders en daardoor zijn de huidige processors vaak begrenst door de warmte ontwikkeling.

Stel nu voor dat je een supergeleidende processor hebt, dan wordt er geen warmte meer ontwikkeld en hebben ze dat probleem niet meer. Niet dat er dan geen ander problemen zullen ondstaan.

Een supergeleider heeft geen weerstand en dus wordt er geen warmte ontwikkeld en dus is de snelheid van de electronen onbegrensd en dus ook de prestaties van een eventuele computer die ermee gebouwd kan worden.

Momenteel worden supergeleiders toegepast in medische scanners etc. Daar worden met gigantische magnetische velden doorsnede afbeeldingen van mensen gemaakt. Zo'n scanner wordt eerst opgestart. Er wordt een stroom van enkele duizenden amperes door een supergeleide spoel gevoerd en vervolgens wordt het ding losgekoppeld. Door de supergeleiding=geen weerstand zal de stroomkring blijven bestaan zonder verliezen totdat het apparaat wordt uitgeschakeld en de electronen via weerstanden worden afgevoerd.
Als ik me niet vergis is dit zo'n beetje wat me tijdens een stage in een ziekenhuis verteld was, maar dat is ongeveer 8 jaar geleden.
Een belangrijk punt is dat dit ook gebruikt kan worden voor treinen. Die kunnen zweven op een elektomagnetisch veld dat door supergeleiders wordt opgewekt.
Ik denk echter dat ik commerciele toepassingen niet ga meemaken. Duurt denk ik nog wel een jaar of 80 tot 100 voordat ze een supergeleider bij +50 ofzo hebben gemaakt en deze dus ok probleemloos buiten en in apparaten kunne toepassen.

Eeeu,

en dus is de snelheid van de electronen onbegrensd

Ik mag toch hopen dat je hier bedoelt dat de snelheid van een electron niet afgeremd wordt en dat deze dus gelijk is aan de lichtsnelheid. Zo niet ben je nu de uitvinder van de sneller dan licht transport

Een belangrijk punt is dat dit ook gebruikt kan worden voor treinen. Die kunnen zweven op een elektomagnetisch veld dat door supergeleiders wordt opgewekt.
Ik denk echter dat ik commerciele toepassingen niet ga meemaken. Duurt denk ik nog wel een jaar of 80 tot 100 voordat ze een supergeleider bij +50 ofzo hebben gemaakt

Hebben ze er in de toekomst ook last van dat treinen niet rijden als het te warm is .

ff serieus, dit zijn belangrijke ontwikkelingen, bijvoorbeeld in het kader van verliesloos energie transport over korte en lange afstanden. Lange afstanden dan beter voor beurs en milieu, korte afstanden dan geen warmte ontwikkeling. En die laatste is leuk voor ons

Krijgen we nu ook supergeleidende honden?

Mooi doorbraak overigens dat men bij deze relatief warmere temperaturen al een supergeleider heeft die toepasbaar is. Alleen mijn vraag is, waar zijn ze dan nu al toepasbaar voor?

Vooral in fabrieken waar veel stroom wordt afgenomen. Die hebben vaak een eigen generator. Ze lijden in zo'n bedrijven bv. sterk onder verliezen. Ik denk bv. aan labo's die zich bezighouden met nucleaire fusie: daar houdt men de atomen op hun plaatsen door middel van sterke electro-magneten. De voeding daarvan wordt vaak verzorgd via supergeleiders.

spil vraagt zich af of ze super-geleiding hebben om de verliezen te beperken, of omdat verliezen omgezet zouden worden in warmte Beetje een kip-en-ei verhaal.

De hoeveelheid warmte die door die verliezen ontstaan zouden het apparaat waarschijnlijk in een gesmolten hoopje materiaal veranderen.

Niet allen in labs, Als je alleen al denkt aan de enorme magneten voor MRI die nu nog worden gekoeld met vloeibaar Helium. Als dat wat kleiner en kostenbesparender kan is dat een enorme vooruitgang voor de gezondheidszorg.

Kon me nog herinneren uit de natuurkunde-les dat bucky-balls erg moeilijk te produceren zijn (ten minste een erg lage yield). Deze zijn structuur-technisch gezien ook sterker dan diamant! Toch een interessante ontwikkeling niettemin. Applaus.

nee hoor, ze zijn vrij makkelijk te maken. neem een vlamboog ontlading tussen twee grafiet elektroden in een atmosfeer met krypton en/of xenon bij lage druk (geen vacuüm). alleen je maakt een hele reeks fullerenen. C₆₀, C₇₀, C₈₄ etc. Om deze te scheiden is een stukje lastiger en dat maakt het goedje duur.

(ik heb ooit voor een werkstuk van scheikunde vwo, bij Gerard Meijer aan de KUN meegekeken: hij is de fullerenen goeroe - hier hebben we dat spul gemaakt en geëxtraheerd uit het roet)

euh.....hier haak ik effe af.

Die bucky-balls ( Buckminsterfullernece ) zijn niet eens zo heel duur, 99,5% zuiver kost het f 568,80 per 500 mg.
Ik denk dat het dus wel meevalt met de lage yields.

Is het ook niet zo dat supergeleiding bij "warmere" temperaturen één van de dingen was die nodig zijn om rendabele kernfusie te "doen"?

Dat zou best wel heersen

Nou, op dit moment is er al kernfusie mogelijk waarbij het rendement positief is. Dit is echter zo weinig dat het nog niet voor commerciele exploitatie geschikt is, maar kennelijk is supergeleiding bij warmere temperaturen niet nodig (als dit nu pas uitgevonden wordt) omdat het proces van kernfusie op zichzelf dus al rendabel is.

Kernfusie wordt beperkt door de magnetische fles die men in de reactor creeerd met behulp van super machneten die zoals je al raadt met supergeleiders worden bekrachtigd.
Bovendien heeft men nog geen goede manier gevonden om nuttige energie uit het plasma te krijgen zonder dit te veel af te koelen.
Plasma heeft zeer weinig massa en koelt dus heel snel af waardoor de fusiereactie wordt afgeremd of zelfs geheel stopt.

Aangezien vloeibare stikstof een temperatuur heeft van -138 graden celcius lijkt dit de eerste supergeleider te zijn die op grote schaal toegepast kan worden:

Ter info: Vloeibare stikstof heeft een temperatuur van -196 graden celcius.

Dit staat al in de tekst, als je had opgelet. Ik snap dan ook niet waarom men zo'n hoge score gegeven heeft.

Supergeleidig lijkt me nu trouwens nog ontoepasbaar voor de "gewone" PC, en dat zal denk ik ook nog wel een tijdje zo blijven.

edit:
typo

Hier een link naar het artikel op de site van Lucent http://www.lucent.com/press/0801/010830.bla.html

Er staat dat de stof tot een temperatuur van 117 Kelvin supergeleidend is. Dat is 117 - 273 = -156 graden Celcius.

Op de site staat ook dat er andere stoffen zijn die tot een hogere temperatuur supergeleidend zijn.
Deze stof betreft echter een ander soort materiaal en is daardoor mogelijk gemakkelijker te maken en te verwerken.

The Bell Labs team was able to demonstrate that bucky balls acted as superconductors below 117 Kelvin (minus 249 degrees Fahrenheit

Da's dus geen -120 C maar - 156 graden celsius... Uit oogpunt qua koeling nog steeds interesant genoeg, aangezien je deze temperaturen toch voornamelijk met vloeibare stikstof haalt. Temperatuur in deze posting is iig 35 graden verkeerd...

Buckyballen maken is tegenwoordig eenvoudig: ontladingen tussen koolstof-elektroden vormen allerhande bucky-ballen waarvan C60 of C70 de voornaamste bestanddelen zijn en uitsluitend scheiding (deel waar 'scheikunde' komt kijken) is dan nog benodigd.
Fullerenen/buckybuizen hebben zo'n structuur alleen zijn dan niet rond, maar vormen een ronde buis. Tegenwoordig erg populair in de halfgeleiderindustrie ( http://www.tweakers.net/nieuws/18143 ) vanwege de geweldige halfgeleidereigenschappen zal waarschijnlijk ook uitstekende supergeleiding kunnen geven bij extreem lage tempeturen als ik een structuur/eigenschappen correlatie toepas. Deze zijn alleen wat lastiger te maken.

Supergeleiders zijn alleen handig voor signaal/data overdracht, een CPU maken lukt dus niet omdat je daar halfgeleiders voor nodig hebt: een supergeleidende CPU zal waarschijnlijk nooit bestaan. Supermagneten voor fundamenteel onderzoek of MRI-scans's (of NMR op het lab) zijn de meest gebruikelijke toepassingen nu.

(foto vloeibare stikstof): vloeibare stikstof kost geen drol alleen verdampt het redelijk snel, aanleveren stikstof is nog steeds een batchproces (levering in vaten ipv buizen) en dus niet economisch voor thuisgebruik.

vloeibaar stikstof is toch -195.8 graden koud ???
(kookpunt = -195.8 graden)

Oeps major typ error (195.8 ipv 159.8)

Ik heb hier een vat staan

Het is echt -196 graden hoor. En kijk maar in je Handbook of Chemistry and Physics

Jep, right.
Het kookpunt is -195.86 °C bij atmoferische druk, en het smeltpunt -209.95 °C
www.chemfinder.com

Anders voel je ff...

Die heeft niet iedereen in de kast staan hoor * 786562 Species

De bron die ik gebruikt had om de temperatuur van vloeibare stikstof te achterhalen (wist ik ook niet uit m'n hoofd ) bleek dus niet correct te zijn.

Mijn dank is groot, het artikel is aangepast.

Typo? Het is -195,8

jongen wat een mieren verkrachting, iemand die een beetje van natuurkunde afweet, weet dat het kookpunt sterk afhankelijk is van de omringende (lucht)druk.
Dus dat gezeur over die 0.2 graden Celcius, is dus pure verspilling van tijd, want morgen kan het 196.2 graden zijn, omdat dan de luchtdruk net iets lager is...

OK toegegeven ik ben geen expert op het gebied van processoren enzo, maar stel je voor dat ze een moederbord maken met deze supergeleiders...mjammie!
Behalve dat er bij supergeleiding geen elektrische energie omgezet zal worden in warmte houdt de vloeibare stikstof je pc'tje ook lekker koel

Heb je al gekeken in de specificaties van je moederbord?
Operational temperature +5 - +60 C... Dat gaat niet lukken bij -195.8 C

Supergeleiders produceren geen warmte, dus koeling heb je voor je (supergeleidende) chips niet nodig.

BTW, er is nog een laaaannnggg traject te gaan voordat we supergeleiders in onze cpu's hebben.

Ik denk dat je dan 1 kleine fout hebt in je berekening. De stikstof zal de warmte opnemen van buiten en zorgt ervoor dat vocht in de lucht condenseerd en de super geleider die maakt geen warmte maar neemt dat wel op net als de stikstof. Dus doe je het fout dan krijg je toch kortsluiting (voor een fractie van een seconde iedere keer) en dat lever ook weer verlies op wat je dus niet wil hebben.

Misschien eens iets om over na te denken: supergeleidende lijnen op je mobo met stikstof als koeling en de hele rest van je computer afgesloten van de buitenlucht zodat er geen vocht in komt en dat er dus ook via een heatsink voor het stikstof en een compressor dat je alles op pijl houd (druk loopt dan wel heel aardig op door de warmte maar dat kan ook opgelost worden).

wat heb je nu aan supergeleidende elementen in je pctje? Het belangrijkste onderdeel in je pc is de transistor en dat is een halfgeleidere n niet supergeleidend. Door die mobo lijnen kun je aardig wat gegevens pompen hoor, dat is echt geen probleem. Een supergeleider heb je er iig niet voor nodig.