Wetenschappers begrijpen niet hoe sommige materialen supergeleidend worden bij relatief hoge temperaturen. Leidse natuurkundigen hebben nu een verrassend verband gevonden met hulpzwarte gaten. Het stelt onderzoekers in staat kennis van zwarte gaten toe te passen op het mysterie van supergeleiding bij hoge temperaturen. De nieuwe studie is gepubliceerd in Natuurfysica .

supergeleiding, ontdekt in Leiden in 1911, wordt gebruikt voor veel moderne toepassingen, zoals MRI-scanners en deeltjesversnellers. Deze zijn gebaseerd op het fenomeen waarbij elektrische stromen zonder weerstand vloeien bij temperaturen dichtbij het absolute nulpunt. Helaas, continue koeling kost veel energie, daarom zoeken natuurkundigen over de hele wereld naar een manier om supergeleidende materialen te maken die bij hogere temperaturen werken.

Alle nu bekende relatief hoge temperatuur supergeleiders zijn gebaseerd op zogenaamde Mott-isolatoren. Deze vormen wanneer elektronen vastzitten in hun kristalroosterknooppunten, precies één per knoop. Ze veranderen in supergeleiders nadat extra elektronen zijn geïnjecteerd. Onderzoekers begrijpen niet waarom dit op een fundamenteel niveau gebeurt. Als we dit weten, kunnen supergeleiders met een nog hogere temperatuur, die goedkoper zijn, voldoende koel blijven.

Naarmate de supergeleider wordt gevormd, de ongelijkheid tussen het aantal elektronen en het aantal beschikbare knopen binnen het kristalrooster veroorzaakt een gestreept patroon, net als de bewegende Moiré-patronen die je op tv ziet wanneer een ouderwets computerscherm wordt gefilmd. Maar waarom? Dit is een belangrijke vraag bij het begrijpen van Mott-isolatoren.

Natuurkundigen zoeken het antwoord in een onverwachte richting - ze veronderstellen dat de onbetrouwbare elektronen in supergeleiders bij hoge temperaturen zich in sommige opzichten op dezelfde manier gedragen als hulpzwarte gaten. Leidse natuurkundigen Alexander Krikun, Koenraad Schalm en Jan Zaanen hebben nu samen met Tomas Andrade van de Universiteit van Barcelona hetzelfde streeppatroon gevonden in een vergelijkbare discrepantie tussen hulp 'golvende' zwarte gaten en een kristalrooster. Dit bevestigt de hypothese en betekent dat kennis over zwarte gaten van toepassing kan zijn op een beter begrip van supergeleiding bij hoge temperaturen.