Print deze pagina 13 december 2005 2005/20

Asymmetrische in keramische supergeleiding

Het is bijna twintig jaar geleden dat supergeleiding bij relatief hoge temperaturen werd ontdekt in koperoxideverbindingen, met YBa₂Cu₃O₇als bekendste voorbeeld van die verbindingen. Waarom deze supergeleidend zijn, is nog altijd onduidelijk. De supergeleiding vindt plaats langs de twee assen in de koperoxidevlakken in deze verbindingen en verdwijnt langs de diagonaal in deze vlakken. De reden hiervoor is onbekend, maar verbergt naar verwachting wel het mechanisme achter de supergeleiding. Onderzoekers van de Stichting FOM en de Universiteit Twente hebben nu gedetailleerde metingen weten te doen aan de supergeleiding langs de assen in de koperoxidevlakken in YBa₂Cu₃O₇. Langs de ene as in de kristalstructuur blijkt de supergeleiding 50% sterker te zijn dan langs de andere as. Dit helpt hopelijk meer inzicht in het mechanisme te krijgen. De onderzoekers publiceren hun bevindingen in de Physical Review Letters van 16 december 2005. De illustratie van figuur 1 staat op de omslag van deze editie.

Kenmerkend voor alle hoge-temperatuur supergeleiders zijn de vlakken van koperoxide in hun kristalstructuur. Algemeen wordt aangenomen dat de supergeleiding in deze vlakken plaatsvindt. Een opmerkelijk aspect van deze supergeleidende toestand is dat de supergeleiding langs de koper-zuurstofbindingen in deze vlakken (de a- en b-richting van de kristallen) heel sterk is, maar in de diagonale richting in deze vlakken verdwijnt. Dit staat bekend als de d-symmetrie. Waarom deze symmetrie er is weet men niet, maar het vermoeden bestaat dat hierin het mechanisme van de hoge-temperatuur supergeleiding verborgen ligt. Nu zijn in sommige van deze supergeleiders de a- en b-richtingen kristallografisch niet helemaal gelijk. Dat is bijvoorbeeld bij YBa₂Cu₃O₇ het geval. Dit maakt het interessant om nauwkeurige metingen te doen aan het verschil langs de a- en de b-as. De onderzoekers^*) hebben dit nu in detail gedaan. Ze koppelden een dunne laag YBa₂Cu₃O₇ met betrouwbaar vastliggende richtingen van de a- en de b-as aan smalle elektroden van de klassieke supergeleider niobium die over een hele cirkel om de vijf graden waren aangebracht. Zo konden ze in alle richtingen in het ab-vlak van YBa₂Cu₃O₇ meten.

De supergeleiding langs de b-as blijkt 50% groter te zijn dan die langs de a-as. Bovendien blijkt de supergeleiding niet netjes zoals verwacht langs de diagonaal (dus de hoek van 45 graden met beide assen) naar nul te gaan, maar langs een lijn die vanaf de b-as gerekend een hoek van 50 graden maakt. Sommige onderzoekers veronderstellen dat in YBa₂Cu₃O₇ niet alleen de CuO₂-vlakken supergeleidend worden, maar ook de CuO-ketens. Verder zorgen die CuO-ketens voor een lichte vervorming van het anders vierkante ab-vlak. Beide effecten zouden kunnen leiden tot supergeleiding die langs de b-as sterker is dan langs de a-as. Theoretici hebben nu nauwkeurige meetgegevens over de sterkte van de supergeleiding langs de twee assen om de invloed van de CuO-ketens beter te kunnen modelleren. Dat kan hopelijk helpen beter te begrijpen hoe supergeleiding in YBa₂Cu₃O₇ nu precies ontstaat. De experimentele resultaten zullen ook helpen betrouwbaarder Josephson-contacten te maken, de bouwstenen voor supergeleidende elektronica.

Meer informatie bij prof.dr.ir. Hans Hilgenkamp, telefoon (053) 489 28 06.

_________________________

*) Henk-Jan Smilde, Alexander Golubov, Ariando, Guus Rijnders, Matthijn Dekkers, Sybolt Harkema, Dave Blank, Horst Rogalla, Hans Hilgenkamp, 'Admixtures to d-wave gap symmetry in untwinned YBa₂Cu₃O₇ superconducting thin films measured by angle-resolved electron tunneling', Physical Review Letters, Vol. 95, nummer 25 (2005).
Hans Hilgenkamp is tevens NWO-Vidi.