Onderzoekers zijn druk bezig te testen of het materiaal LK-99 echt een supergeleider is bij kamertemperatuur en normale druk. De eerste pogingen om dit materiaal na te maken, waren niet succesvol.

Onlangs beweerden onderzoekers dat ze een materiaal hebben gemaakt dat perfect elektriciteit geleidt – een supergeleider – bij kamertemperatuur en gewone druk. Veel wetenschappers reageerden hier sceptisch op. Zo’n ontdekking zou namelijk revolutionair zijn. Supergeleiders zouden de efficiëntie van veel technologieën, waaronder kernfusie, enorm kunnen verhogen. Op dit moment zijn ze echter zeer onpraktisch, omdat ze alleen functioneren bij een extreem lage temperatuur of extreem hoge druk. Daarom zijn onderzoekers wereldwijd in actie gekomen om te testen of het nieuwe materiaal, LK-99 genaamd, inderdaad werkt onder ‘gewone’ omstandigheden, zoals natuurkundige Hyun-Tak Kim van het College of William & Mary in Virginia en zijn collega’s beweren.

‘Niet supergeleidend’

Nu melden twee onafhankelijke onderzoeksteams dat ze LK-99 in hun eigen laboratorium hebben nagemaakt. Beide teams zeggen dat ze geen bewijs hebben gevonden dat het spul een supergeleider is bij kamertemperatuur en normale druk. ‘Momenteel is ons antwoord dat het niet supergeleidend is’, zegt natuurkundige V.P.S. Awana van het Nationale Natuurkundelaboratorium van India, die een van de teams leidde.

‘Fossiele samenwerking is nodig voor een snelle energietransitie’
LEES OOK

‘Fossiele samenwerking is nodig voor een snelle energietransitie’

Universiteiten moeten hun samenwerking met de fossiele industrie niet stopzetten, vindt scheikundige Marc Koper. Dat vertraagt de energietransitie.

Awana en zijn collega’s volgden het stappenplan voor het maken van LK-99 zoals dat staat beschreven in de twee artikelen waarin het materiaal voor het eerst werd geïntroduceerd. Daarna bevestigden ze met röntgenstraling dat de structuur van hun materiaal overeenkwam met de oorspronkelijke beschrijvingen.

Om de supergeleiding van hun versie van LK-99 te testen, maten de onderzoekers de elektrische weerstand van het materiaal en hoe het reageerde op magnetische velden. Dat is dezelfde bewijsmethode als die Kims team gebruikte. De resultaten van beide tests wezen niet op supergeleiding.

Blijven zweven

De andere replicatiepoging is uitgevoerd door natuurkundige Zhiqi Liu en zijn collega’s van de Beihang-universiteit in China. Hun onderzoek volgde een vergelijkbare procedure. Ook deze test bracht geen tekenen van supergeleiding bij kamertemperatuur en normale druk aan het licht. Ze testten daarnaast of hun materiaal net als supergeleiders boven een grote magneet kon blijven zweven. Ook deze test was niet succesvol.

Volgens Kim waren deze twee teams niet goed genoeg in staat om LK-99 correct na te maken. ‘We hebben de groep in India van wat commentaar voorzien. Ik denk dat ze moeite hebben met het maken van monsters van hoge kwaliteit’, zegt hij.

Lees ook: Supergeleiders bij kamertemperatuur: Dit is alles wat je erover moet weten

Andere onderzoeksgroepen, onder meer in het Argonne National Laboratory in Illinois, lijken aan soortgelijke tests te werken. Op sociale media zijn berichten gedeeld over een zwevend LK-99-monster aan de Huazhong-university in China. Dit zweefgedrag kan echter ook voortkomen uit magnetische fenomenen die geen verband houden met supergeleiding.

Exotisch magnetisme

Naast deze experimenten hebben onderzoekers gewerkt aan een beter begrip van wat de elektronen in LK-99 zouden kunnen doen om het materiaal de gerapporteerde speciale eigenschappen te geven. Natuurkundige Sinéad Griffin van het Lawrence Berkeley National Laboratory in Californië berekende met computersimulaties de energie en impuls van elektronen in LK-99 op basis van de rangschikking van de atomen in het materiaal. Uit haar berekeningen bleek dat sommige elektronen eigenschappen kunnen hebben die je ook terugziet in bekende supergeleiders. Maar deze eigenschappen kunnen wederom ook veroorzaakt zijn door andere fenomenen, bijvoorbeeld een exotische vorm van magnetisme. ‘Supergeleiding is een optie, maar het is geen gegarandeerde optie’, zegt Griffin.

Ook andere onderzoeksteams hebben berekeningen uitgevoerd zoals die van Griffin. Een van die teams stond onder leiding van natuurkundige Daniel Dessau van de University of Colorado Boulder, een ander team werd geleid door Xing-Qiu Chen van de Chinese Academie der Wetenschappen. Deze teams vonden dezelfde elektronische eigenschappen als Griffin. Daarmee versterken ze de bewering dat ook als LK-99 geen wonderbaarlijke supergeleider is, het materiaal alsnog ongebruikelijk is.

Onnauwkeurige analyse

Volgens natuurkundige Jose Pizarro van de Humboldt-universiteit in Berlijn laten de berekeningen zien dat LK-99 een aantal verrassende en veelbelovende elektronische eigenschappen heeft. Er zijn nog geen berekeningen die met meer zekerheid aantonen dat er sprake is van supergeleiding, zegt hij, maar het werk van Griffin is een eerste stap om te achterhalen welke exotische verschijnselen hier een rol spelen – of dat nou supergeleiding is of bepaalde soorten magnetisme.

Scheikundige Leslie Schoop van Princeton-universiteit waarschuwt dat sommige aannames bij de berekeningen mogelijk niet overeenkomen met het materiaal dat door Kims team is getest. Dat komt doordat de oorspronkelijke analyse van hoe de atomen in LK-99 zijn gerangschikt ‘niet aan de normen van de gemeenschap voldeed’, zegt ze. Ook andere scheikundigen hebben de manier waarop Kims team de röntgengegevens analyseerde om deze rangschikking vast te stellen als onnauwkeurig omschreven.

Monsterkwaliteit

Griffin wijst op basis van haar berekeningen een knelpunt aan: de koperatomen in LK-99 moeten precies op de juiste plaats zitten om de speciale elektronische eigenschappen te ondersteunen. Die configuratie is niet noodzakelijkerwijs de waarschijnlijkste uitkomst bij het maken van het materiaal.

Voor Awana en zijn team is het verbeteren van de kwaliteit van hun monsters cruciaal. ‘Er worden meer proeven gedaan om LK-99 van betere kwaliteit te krijgen en om de gemelde supergeleiding te reproduceren. Ik ben al meer dan 35 jaar actief in het veld van supergeleidende materialen en vind LK-99 tot nu toe het meest veelbelovende geval voor supergeleiding bij kamertemperatuur en normale druk’, zegt hij.

De saga van deze supergeleiderkandidaat zal nog wel even doorgaan naarmate meer teams de resultaten delen van hun pogingen om het na te maken.