Onderzoekers ontdekken nanosupergeleider

Natuurkundigen hebben een supergeleidend materiaal ontdekt dat zijn eigenschappen al bij een dikte van minder dan één nanometer vertoont. De nieuwe supergeleiders zouden onder andere in micro-elektronica toepasbaar zijn.

Tot voor kort werd aangenomen dat supergeleiding zich alleen op macroscopisch niveau voordoet. Het fenomeen, waarbij de elektrische weerstand van een materiaal tot nul daalt, is nu voor het eerst op nanoschaal waargenomen. Natuurkundigen van het Nanoscale and Quantum Phenomena Institute van de universiteit van Ohio hebben supergeleiding op moleculair niveau aangetoond in een organisch zout. De draden van dit materiaal vertoonden supergeleiding bij een dikte van 0,87 nanometer en een minimale lengte van 3,5 nanometer.

Het organische zout, (BETS)₂-GaCl₄, werd op een substraat van zilver aangebracht, waarmee overigens aan een belangrijke voorwaarde voor de massaproductie van nano-supergeleiders in elektrische circuits werd voldaan. Nanodraden die hoge stromen moeten verwerken, worden snel te warm, omdat de weerstand snel stijgt bij afnemende diameter. Nano-supergeleiders zouden die barrière voor de bouw van nano-apparaten moeten slechten.

Het supergeleidende materiaal moet echter nog tot 10 Kelvin, ongeveer 263 graden Celsius onder nul, worden gekoeld, wat de praktische toepasbaarheid vooralsnog beperkt. De natuurkundigen zoeken nog naar nanomaterialen die ook bij hogere temperaturen supergeleidend zijn.

Reacties (44)

Voor heel even had ik de hoop dat het op kamertemperatuur zou zijn, jammer van die laatste alinea

supergeleiding op nanoschaal op kamertemperatuur lijkt me vrij onmogelijk.

De rede dat supergeleiding over het algemeen pas op HELE lage temperaturen zichzelf voordoet heeft te maken met de trillingen en bewegingen van het geleidend materiaal.

Supergeleidend betekent simpelweg: geen van de (elektrische) energie gaat verloren aan warmte.

Als de atomen/moleculen van het geleidend materiaal dus trillen/bewegen (niet 0 graden kelvin zijn, waarbij alles stil staat) verhoogt dat de kans dat deze tegen de 'stroom' aanbotsen, waardoor er stroom omgezet wordt in (meer) warmte.

Hierdoor gaat het materiaal nog warmer worden, nog slechter geleiden waardoor er weer meer stroom verloren gaat etc etc. Dit is de rede dat onze computers zo warm worden en we ze constant moeten koelen.

Om dus een supergeleidend materiaal te vinden op kamertemperatuur zou je een dusdanig groot moleculensysteem moeten hebben dat door haar trillingen (veroorzaakt door de warmte) niet tegen de stroom aanbotst die erdoor loopt.

In theorie zou dit misschien wel mogelijk zijn.. maar ik denk dat het zoeken naar dit molecuul echt zoeken is naar een zandkorrel in de sahara, en tot we genoeg computatie kracht bezitten om oneindig veel situaties en variabeles en moleculen te kunnen simuleren (denk aan distributed computer programmas zoals folding@home) zie ik ons dit voorlopig nog niet vinden.

Hier komt nog eens bij als we al zo'n moleculen systeem weten te vinden (simuleren) het ongetwijfeld zulke specifieke waardes voor temperatuur, luchtvochtigheid etc etc nodig zal hebben dat het nog steeds niet echt in praktijk toe te passen zal zijn.

maar ik denk dat het zoeken naar dit molecuul echt zoeken is naar een zandkorrel in de sahara

ROTFL, weet je zeker dat je niet bedoelt "zoeken naar een waterdruppel in de Sahara"? Zandkorrels genoeg lijkt me zo. (Of: "zoeken naar één bepaalde zandkorrel".)

Hierdoor gaat het materiaal nog warmer worden, nog slechter geleiden waardoor er weer meer stroom verloren gaat etc etc. Dit is de rede dat onze computers zo warm worden en we ze constant moeten koelen.

Je haalt twee dingen door elkaar denk ik (of, probeert er twee tegelijk te verklaren). De niet-nul weerstand van een normale geleider zorgt inderdaad (bij een niet-nul stroom) voor een (vooruit, nog eentje dan: niet-nul) warmteontwikkeling. Hierdoor wordt de geleider warmer. Bij bijna alle materialen (er zijn uitzonderingen, Google / Wiki maar eens naar NTC-weerstand: "negatieve temperatuur-coëfficiënt") zal dat inderdaad ook leiden tot een toename in de weerstand, waarmee je dus een zichzelf-versterkend proces hebt.

Dit heeft echter weinig met supergeleiding te maken. Omdat de geleiding daar nul is (niet bijna-nul, echt nul) heb je geen warmteonwikkeling. Dat is inderdaad handig; als de kritieke temperatuur (ruim) boven kamertemperatuur ligt heb je immers geen koeling nodig omdat er geen warmteontwikkeling is. En als je per ongeluk iets boven je kritieke temperatuur komt zal de plotselinge warmteontwikkeling inderdaad voor enorme problemen zorgen (LHC anyone?), maar dit alles heeft, voor zover ik kan zien, niet echt iets te maken met de (on)mogelijkheid van supergeleiding op nanoschaal.

Overigens, of dit ook geldt in een chip betwijfel ik... Bij het opladen en ontladen van capaciteiten (lees: transistors) heb je toch ook warmteontwikkeling?? Is er een electrotechnicus / fysicus in de zaal die hier iets zinnigs over kan zeggen?

Voor je "superconducting@home" aanpak ontbreekt helaas nog één ding: de formule die doorgerekend moet worden. Tenzij ik een doorbraak heb gemist is de enige manier om vast te stellen of iets een supergeleider is, door het materiaal te maken en te testen.

Als de atomen/moleculen van het geleidend materiaal dus trillen/bewegen (niet 0 graden kelvin zijn, waarbij alles stil staat) verhoogt dat de kans dat deze tegen de 'stroom' aanbotsen, waardoor er stroom omgezet wordt in (meer) warmte.

Ik geef toe dat ik weinig verstand van zaken heb, maar je zegt twee dingen waarvan ik weet dat ze niet kunnen kloppen:

• Een materiaal kan nooit exact 0 Kelvin zijn. De exacte redenatie wil me even niet te binnen schieten, maar dat weet ik nog van mijn middelbare school.
• Bij supergeleiding is de weerstand echt nul, dat kan dus niks te maken hebben met een kans-proces, want dan zou je altijd een kans hebben om een beetje energie kwijt te raken (= weerstand te hebben). Tenzij je wilt gaan mieren****** en me eraan herinneren dat de constante-nul functie ook een kans beschrijft... Wiskundig gezien heb je gelijk: er is een kans (lees: de kans kan uitgerekend worden) om met een normale dobbelsteen 7 te gooien. Die kans is alleen nul en buiten de wiskunde zeggen we dan dat er "geen kans is".

Een materiaal kan nooit exact 0 Kelvin zijn. De exacte redenatie wil me even niet te binnen schieten, maar dat weet ik nog van mijn middelbare school.

omdat de moleculen Dan stilstaan, en er dus geen geleiding mogelijk is.

Bijna onmogelijk. Ach voor 30 jaar was wat we nu allemaal doen ook onmogelijk, laat staat 100 jaar geleden.

Wat de techniek de laatste 30 jaar heeft laten zien is knap. Waarom supergeleiding niet mogelijk zal zijn vraag ik me dan ook af. Met de huidige kennis niet maar ja ontwikkelingen gaan snel dus je weet het nooit.

Dit is best cool! Toch jammer dat ze nog geen supergeleiding hebben ontdekt op kamertemperatuur. Dat zou een hoop problemen oplossen.

Al dat gedoe met vloeibaar helium

ja, maar ze komen wel steeds meer in de buurt.
over een paar jaar hebben ze vast al wel een stof die bij een normalere temperatuur (rond de 200 kelvin) en zo dun supergeleidend is.
dan is de weg open naar supersnelle micro-elektronica

[Reactie gewijzigd door soepdein op 30 maart 2010 12:27]

Ik denk dat het nog wel wat langer zal duren. Er is geen bekende methode voor het maken van supergeleidende materialen.

Als ik materiaal A heb kan ik niet met bepaalde berekeningen op materiaal B komen. Met redeneren kom ik vast wel in de buurt, maar 'in de buurt' hoeft niet te betekenen dat mijn nieuwe materiaal supergeleidend is bij een hogere temperatuur t.o.v. het oude.

De hoogste kritieke temperatuur ligt op dit moment rond de 130 K als ik het me goed herinner.

Materialen die op elkaar lijken hebben vaak wel ongeveer dezelfde eigenschappen maar een snelle blik bij Wikipedia laat zien dat de structuur van het materiaal steeds groter wordt, wil het supergeleidend zijn bij hogere temperaturen.

Dat is bij de nieuwe structuur hier misschien ook wel van toepassing, wat zou betekenen dat ook dit materiaal een enorme structuur krijgt wil het supergeleidend zijn bij bijvoorbeeld 150 Kelvin.

Een grotere structuur betekent weer een grotere chip, wat weer tegen het idee van micro-electronica indruist.

Nope, denk eerder aan 254K Dan heb je het natuurlijk wel over een zwak signaal in een complex materiaal, dus niet geschikt voor massaproductie. En zoals het meest recente nieuws laat zien zal het nog wel even duren voordat we het echt goed begrijpen!

Een grotere structuur betekent weer een grotere chip, wat weer tegen het idee van micro-electronica indruist.

Zelfs een chip met 130nm grote supergeleidende schakelingen zal sneller kunnen schakelen dan wat we nu kunnen...dus op zich is dat niet meteen een showstopper...

[...]

...dus op zich is dat niet meteen een showstopper...

Je gebruikt het woord showstopper precies verkeerdom. Het heeft namelijk een positieve betekenis. Het kan geen kwaad om bewust te zijn van de betekenis van de woorden die je gebruikt hoor.

Ehm nee hoor, showstopper is juist negatief. Bijvoorbeeld als iemand een natuurkundig bewijs levert dat kamertemperatuur-supergeleiding fysiek onmogelijk is, *dat* zou een showstopper zijn (iets wat het de hele "show", alle ontwikkelingen, meteen helemaal stopzet) voor dit soort ontwikkelingen.

Ik moest meteen aan dit T.net nieuwsbericht denken:
nieuws: Nieuw materiaal maakt 'elektronische revolutie' mogelijk

Wat dus over een nieuwe supergeleider bij kamertemperatuur gaat. Alleen zag ik nu net dat er bij stond dat dat laagje waar het over gaat, niet inzetbaar is voor 'normale' supergeleiding, omdat deze niet met hoge stromen kan werken... Zund

liever een die tot 300 of meer kelvin supergeleidend is dan.

over een paar jaar hebben ze vast al wel een stof die bij een normalere temperatuur (rond de 200 kelvin) en zo dun supergeleidend is.

Tot op heden snappen "we" nog steeds niet waarom supergeleiding precies werkt. Of, nauwkeuriger, voor extreem lage temperaturen snappen we het (of in elk geval, dat denken we), maar die theorie voorspelt een fysische bovengrens aan de temperatuur waarbij supergeleiding mogelijk is (enkele tientallen Kelvin als ik me goed herinner). En laten de "hoge temperatuur" supergeleiders daar nou boven zitten... Die "hoge temperaturen" zijn nog steeds onpractisch ver onder nul (Celsius), maar ze zijn hoger dan ze "zouden moeten zijn".
Vergelijk het maar met een wereld die volledig is overtuigd van Einstein's voorspelling / theorie dat niks harder kan bewegen dan de lichtsnelheid in vacuüm..., totdat iemand opeens een raket bouwt die nog harder gaat en vrij duidelijk aantoont dat de theorie dus kennelijk niet klopt. Een andere overeenkomst is overigens dat je in beide gevallen alleen aangetoond hebt dat de theorie fout / onvolledig is, maar nog niet persé dichter bij een correcte(re) / volledige(r) theorie bent.
Het is op dit moment totaal niet te zeggen of kamertemperatuur-supergeleiding überhaupt fysisch wel mogelijk is; voor hetzelfde geld geeft de verklaring voor "hoge temperatuur" supergeleiding (zodra we die vinden) wel een nieuwe bovengrens aan de temperatuur waarbij supergeleiding plaats kan vinden. Als die grens deze keer wel hard / correct is (en nog steeds te laag om practisch toepasbaar te zijn) dan houdt het hele verhaal op.

Ontwikkelingen kunnen nog zo snel gaan, als het niet mogelijk is het niet mogelijk. Misschien klinkt jouw uitspraak, met de wetenschappelijke kennis van over x jaar (revolutionaire doorbraken zijn lastig te voorspellen ) wel net zo absurd als "over een paar jaar hebben we warp-motoren" vandaag klinkt.
Natuurlijk is het van de andere kant ook mogelijk dat iemand morgen het idee krijgt dat hoge-temperatuur supergeleiding verklaart en en-passant een methode oplevert om makkelijk materialen te bedenken die bij een gegeven temperatuur een supergeleider zijn. In dat geval mag jij overmorgen een reply tikken waarin je me verwijt dat ik veel te pessimistisch ben (tenminste, tenzij je zelf dat idee krijgt, dan ben je veel te druk bezig met je ticket naar Stockholm te boeken ).

Dit is best cool!

10 Kelvin is idd aardig koel.

Was het maar Cool dan zou koeling niet nodig zijn

Bijna gereageerd met de vraag op welke temperatuur. Er zijn zoveel ontdekkingen gedaan mbt supergeleiders en als het dan op temperatuur aankomt stopt het al HEEL snel omdat ze bijna geen van allen het op kamertemperatuur vertonen.

Hoop dat ze nu wel een keer iets vinden wat bruikbaar is

To observe superconductivity at this scale, the scientists needed to cool the molecules to a temperature of 10 Kelvin.

Does that answer you question

Het is zo moeilijk om een hoge T superconductor te vinden, omdat dan de cooper paren (die voor de supergeleiding zorgen) verstrooid raken (door fononen bijv.)

Het aparte aan deze supergeleider is dat het zich al op zo'n kleine schaal vertoont. In een normale supergeleider zitten cooper-paren iets van 100 nm van elkaar af, wat dus groter is dan de afmetingen van deze nano-supergeleider

Het organische zout, (BETS)2-GaCl4, werd op een substraat van zilver aangebracht, waarmee overigens aan een belangrijke voorwaarde voor de massaproductie van nano-supergeleiders in elektrische circuits werd voldaan. Nanodraden die hoge stromen moeten verwerken, worden snel te warm, omdat de weerstand snel stijgt bij afnemende diameter.

Ik snap de zin niet: waarom is zilver een belangrijke voorwaarde voor nano-supergeleiders? Omdat het goed warmte geleid? Maar dat speelt niet omdat er supergeleiding is (en dus geen weerstand dus geen warmteproductie) of zie ik iets over het hoofd?

Als het uit supergeleiding raakt door een te hoge stroom zal de weerstand en daarmee de temperatuur snel stijgen! Zilver heeft een relatief lage weerstand en zal dus stroom dus 'overnemen' + dat het makkelijk warmte op kan nemen. Hiermee blijft de draad dus intact

Is het zo dat iets uit supergeleiding kan raken door een te hoge stroom dan?

wel als die stroom zorgt voor teveel warmte in de draad waardoor de weerstand toeneemt, waardoor de draad nog warmer wordt... enz.

Dus ja dat kan wel degelijk...

Uh, supergeleiders hebben geen enkele weerstand, dus opwarmen door stroom is niet mogelijk

correctie, supergeleiders hebben NAGENOEG geen weerstand

Correctie, supergeleiders hebben echt NUL weerstand. Ik heb er vandaag nog tentamen over gedaan

klopt, maar ondanks de 0 weerstand, is er wel een max stroom die er doorheen kan, afhankelijk van de dikte van de "draad", omdat er op een gegeven moment stomweg niet genoeg electronen (of eigenlijk cooper paren ) zijn.

Dan heb je't toch fout. Een stroom die loopt wekt een magnetisch veld op, wat zich met de lichtsnelheid uitbreidt en een energiedichtheid heeft. De energie van dat magnetisch veld neemt dus toe, wat ten koste moet gaan van de rondlopende stroom. Toegegeven, dat proces kan tienduizenden jaren duren.

Zilver heeft een relatief lage weerstand en zal dus stroom dus 'overnemen' + dat het makkelijk warmte op kan nemen.

Omdat ik aan die verklaring twijfelde heb ik even het originele artikel erbij gepakt:

The study also is noteworthy for providing evidence that superconducting organic salts can grow on a substrate material.
“This is also vital if one wants to fabricate nanoscale electronic circuits using organic molecules,” Hla added.

Hier is, bij de uitspraak over fabricage, geen enkele verwijzing naar zilver, alleen naar "een substraat". Ik vermoed (maar weet ook niet zeker) dat het erom gaat dat de fabricage van electronische circuits (in deze context: "chips") plaatsvindt op wafers (ook een soort substraat).
Als het bijvoorbeeld alleen mogelijk was om dit materiaal te fabriceren door de componenten in een smeltoven bij elkaar te gooien en tijdens het gieten (en afkoelen) meteen draden te trekken dan weet ik even niet hoe je dat op een wafer zou willen bevestigen. Als je het gewoon op die wafer kunt laten aangroeien dan worden de uitdagingen overzichtelijk en kun je goede hoop hebben dat het haalbaar is.

[Reactie gewijzigd door robvanwijk op 31 maart 2010 00:13]

Er is zoveel vooruitgang in Nano technologie, zijn er praktische nano technologieën reeds in gebruik in het dagelijks leven? Of is dit nog steeds toekomst muziek...

http://en.wikipedia.org/w...notechnology_applications

Supergeleiding bij kamertemperatuur blijft één van de heilige gralen in de technische natuurkunde! Ik ben echter wel benieuwd wat de kritieke stroom is van dit materiaal, maar ik denk dat het niet boven enkele tientallen mAmp zal liggen. Daarmee zijn veel toepassingen al niet meer mogelijk als hij daarvoor ook nog eens naar 10K moet worden gekoeld.

Maar elke stap vooruit is er één

Een breuk in het supergeleidend materiaal was toch ook de oorzaak dat ZERN vorig plat lag?

off topic:

je bedoelt vast "CERN" - Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire (Europese Raad voor Kernonderzoek)

CERN is de organisatie > De Large Hadron Collider (LHC) lag plat.

Offtopic:
Overigens gaat de LHC vandaag (hopelijk) geschiedenis schrijven door een snelheidsrecordje te zetten voor deeltjesversnellers...

hij is er al, hij draait nu op 3,5 TeV, ze zijn nu bezig de beams te calibreren en hopen straks een 7 TeV botsing te laten plaats vinden.

en ze zijn gebotst!

Was dat niet een defekt in de koeling?

Waardoor de temperatuur van het supergeleidend materiaal te hoog werd en het opeens niet meer supergeleidend was, oeps

Het woord "organisch" staat me niet aan, dat geeft de indruk dat het materiaal af kan breken door oxidatie (denk aan oled/polymere zonnecellen). Lijkt me niet leuk als je toekomstige processor er na een paar jaar mee uitscheidt omdat al het zout heeft gereageerd.

Gaan wij het even ontcijferen met zn allen? haha kom op jonges!!