Nanotechnologen hebben een probleem met elektrische weerstand. Iets waar je altijd mee te maken krijgt, zodra je elektrische stroom door een draad laat lopen. De grootte van de weerstand hangt onder andere af van de dikte: hoe dunner de draad, des te groter de weerstand. Maar voor nanotechnologen, die op de schaal van een miljardste meter proberen elektrische schakelingen te bouwen met minuscule draadjes, is dit een ramp. De ‘nanodraden’ krijgen te maken met zo’n hoge weerstand – en een daarbij vrijkomende hitte – dat ze smelten en kapot gaan.
Er is echter een klasse materialen die onder een bepaalde – meestal erg lage – temperatuur geen last heeft van weerstand: de supergeleiders. Elektrische stroom zoeft er bliksemsnel doorheen, zonder energieverlies of vrijkomende warmte. Tegenwoordig vind je supergeleidende materialen in bijvoorbeeld MRI-scanners om de sterke magneetvelden te kunnen opwekken.
Waarom dan niet supergeleidende materialen gebruiken voor elektrische schakelingen op nanoschaal? Dat is precies wat een groep onderzoekers van de universiteit in Ohio wilde uitzoeken. Ze hebben nu voor het eerst laten zien dat het inderdaad kan werken. Ze rapporteren hun resultaten in een online publicatie van het vakblad Nature Nanotechnology en als klap op de vuurpijl hebben ze ook nog eens de kleinste supergeleider ter wereld gerealiseerd.
Het team onder leiding van fysicus Saw-Wai Hla bekeek een plaatje zilver waarop een keten van moleculen van de supergeleidende organische verbinding (BETS)2-GaCl4 was gelegd. Met behulp van een scanning tunneling microscope (STM) konden ze zien dat dit plaatje inderdaad elektrische stroom kon geleiden zonder weerstand. Ze zagen ook dat de supergeleiding begon af te nemen zodra de ketens korter werden. De kleinste keten waar nog supergeleiding optrad bestond uit vier molecuulparen. Deze keten, 3.5 nanometer lang en 0.87 nanometer breed, is officieel de kleinste supergeleider ter wereld.
Misschien nog wel belangrijker voor de nanotechnologie is dat de groep van Hla laat zien dat je supergeleidende nanodraden kunt gebruiken voor elektrische schakelingen. Er is wel één probleem: de maximale temperatuur waarmee ze dit kunstje konden flikken was 10 Kelvin, net boven het absolute nulpunt. Die temperatuur is natuurlijk veel te laag om er praktisch iets mee te kunnen.
Maar dat verhaal gaat eigenlijk ook op voor supergeleidende materialen in het algemeen. Al jaren dromen wetenschappers van hoogspanningskabels die elektriciteit zonder energieverlies kunnen transporteren, ongeacht de afstand. Maar de hoogste temperatuur waar tot nu toe supergeleiding is waargenomen is 113 graden Celcius onder nul. Zolang supergeleiding nog niet gerealiseerd kan worden bij kamertemperatuur, zijn computerchips met elektronische schakelingen van supergeleidende draden nog ver weg. Maar de groep van Hla heeft in ieder geval laten zien dat het in theorie kán. En dat is alvast een veelbelovende eerste stap.
Bron
K. Clark en anderen, Superconductivity in just four pairs of (BETS)2GaCl4 molecules, Nature Nanotechnology doi:10.1038 (28 maart 2010)
Zie ook:
- Supergeleiding hoeft niet overal zo koud
- Nieuwe bouwsteen vooor ultrasnelle supergeleidende elektronica
Wat vind jij van de veelbelovende nieuwe toepassingen van nanotechnologie? Brengt nanotechnologie een betere wereld, of zijn de risico’s te groot? Geef je mening in de NanoDiscussie van Kennislink!