Supergeleiding begrijpen komt dichterbij met grote ERC-subsidie voor Milan Allan
Natuurkundige Milan Allan gaat een instrument bouwen dat het onderzoek naar supergeleiding verder kan brengen. Hij krijgt daarvoor een ERC Consolidator Grant van twee miljoen euro in vijf jaar tijd. Met zijn programma PairNoise wil hij gepaarde elektronen kunnen waarnemen die ook blijken voor te komen net boven de temperatuur waarop supergeleiding plaatsvindt.
Allan deed al veel succesvol onderzoek naar supergeleiding: een bijna magische eigenschap van sommige materialen om stroom te geleiden zonder energieverlies. Tenminste, wanneer ze koud genoeg zijn. We begrijpen slechts een paar van deze materialen; natuurkundigen willen er heel graag meer over weten.
Alles meten wat nodig is om supergeleiding te begrijpen
Een van de methoden die onderzoekers daarvoor gebruiken is Scanning Tunneling Microscopy and Spectroscopy (STM/STS). Hierbij scheert een metalen punt over het oppervlak van een materiaal en brengt het atoomrooster in beeld. Allan en zijn collega's werken aan zulke instrumenten. 'Wij bouwen precies de instrumenten om te kunnen meten wat we nodig hebben om supergeleiding beter te begrijpen.'
Elektronen paren soms ook zonder supergeleiding
Tot vorig jaar was de gedachte dat supergeleiding optreedt zodra elektronen zich paren. Allans instrumenten lieten zien dat elektronen ook gepaard voorkomen als het materiaal iets minder koud is en niet als supergeleider optreedt. Daar wil de natuurkunde nu alles over weten, en Allans team weet hoe je het kunt meten.
Een speciale elektronenpaarmicroscoop
‘Met PairNoise ga ik een speciale elektronenpaarmicroscoop ontwikkelen en bouwen, gebaseerd op een concept dat we al hebben ontwikkeld’, aldus Allan. ‘Het kan elektronenparen detecteren zonder dat er sprake is van supergeleiding. De microscoop combineert scanning tunnelling microscopie (STM), die atomaire resolutie mogelijk maakt, en shot-noise spectroscopie, die laat zien of elektronen gepaard zijn.'
'Ik ben vooral nieuwsgierig naar hoe de natuur werkt'
'Met dat instrument leren we meer over de toestand van de interessantste supergeleiders vlak boven de temperatuur waarbij ze supergeleiden. Ook gaan we uitzoeken of sommige mysterieuze eigenschappen van quantummatrialen het gevolg zijn van elektronenparing, en uitvinden wat de temperatuurgrenzen zijn van supergeleiding in deze materialen.’
Supergeleiding zou wereldwijde impact kunnen hebben
Het onderzoek naar supergeleiding vindt zijn oorsprong in Leiden. In 1911 ontdekte de Leidse natuurkundige Heike Kamerlingh Onnes het fenomeen supergeleiding. Als natuurkundigen het helemaal zouden begrijpen, zouden ze misschien materialen kunnen vinden die zelfs supergeleiden bij kamertemperatuur. Dat zou een enorme impact hebben: grote energieverslindende datacentra zouden energieneutraal kunnen worden, windmolens krijgen maximale efficiëntie en elektriciteit kan zonder weerstand getransporteerd worden.
Maar eigenlijk wil Allan gewoon graag weten hoe het werkt
Gezien het belang en het eerdere succes van Allan, vraag je je af of het niet vanzelfsprekend voor hem is om verder te mogen met zijn onderzoek. 'Zeker niet. Andere grote beurzen die ik recent aanvroeg, kreeg ik niet. Hoewel er mooie toepassingen met supergeleiding mogelijk kunnen zijn, zal dat nog erg lang duren en is het onderzoek eerlijk gezegd vooral gedreven door nieuwsgierigheid naar hoe de natuur werkt. Zulk onderzoek staat de laatste tien jaar erg onder druk in Nederland. Met deze ERC-subsidie kan ik toch in Leiden doorgaan met mijn onderzoek, en daar ben ik erg blij mee.'