Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek
http://www.nwo.nl/nwohome.nsf/pages/NWOP_7ZNGER
13 januari 2010
Wrijvingsloos superkristal komt dichterbij
Supervloeibare mengsels van atomen kunnen bij ultralage temperaturen - wel een miljard keer lager dan kamertemperatuur - koken en bevriezen. Door het bevriezen kan er een superkristal ontstaan van atomen die tegelijk zonder wrijving langs elkaar kunnen stromen en toch vastzitten in een vaste structuur. Dat stelt NWO-onderzoeker Koos Gubbels. Zijn onderzoeksresultaten dragen bij aan het begrip van zogeheten supergeleiders, materialen waarmee we het energieprobleem op zouden kunnen lossen. Gubbels promoveert op 13 januari aan de Universiteit Utrecht.
Supervloeibaarheid en supergeleiding zorgen ervoor dat deeltjes zich zonder wrijving kunnen verplaatsen. Koos Gubbels onderzoekt wanneer zo'n deeltje zich eindeloos zonder wrijving voort zou kunnen bewegen, als een zwemmer die één goede slag maakt en vervolgens eindeloos door het zwembad blijft glijden. Supervloeibaarheid en supergeleiding zijn van groot fundamenteel én praktisch belang. Het eerste wordt bijvoorbeeld gebruikt voor hoge-precisiemetingen. Supergeleiding maakt het mogelijk om sterke magneetvelden op te wekken voor MRI-onderzoek, de LHC-deeltjesversneller of de Japanse zweeftreinen. In de toekomst zou de supergeleiding zelfs ons energieprobleem kunnen verhelpen.
Gubbels onderzocht atoomgassen. Deze stoffen zijn een stuk eenvoudiger dan metalen - de materialen waaruit supergeleiders bestaan - maar laten wel de basiswerking van supervloeibaarheid zien. Het grote voordeel van die atoomgassen is dat ze makkelijk te manipuleren zijn. Onderzoekers kunnen hun temperatuur en de interactiesterkte tussen de deeltjes goed controleren. Samen met zijn promotor, Henk Stoof, ontwikkelde Koos Gubbels een theorie om het gedrag van supervloeistoffen te voorspellen en ontdekte dat de atoomgassen zich in unieke toestanden kunnen bevinden.
Koken en bevriezen
Uit het onderzoek van Koos Gubbels bleek dat de atoomgassen die hij onderzocht vlak boven het absolute nulpunt gaan 'koken'. Het mengsel vertoont dan faseseparatie. Iedereen kent faseseparatie uit het dagelijks leven: een pan kokend water op het vuur bestaat uit vloeistof, maar tegelijk ook uit bubbels. Een deel is dus vloeibaar en een deel is gas. Bij supervloeistoffen komt faseseparatie heel weinig voor, maar Gubbels heeft ontdekt dat het bij ultralage temperaturen en voor bepaalde polarisaties wel kan. De polarisatie bepaalt in dit geval hoeveel deeltjes met elkaar wisselwerken en supervloeibaar worden. Gubbels voorspelt dat bepaalde supervloeibare atoommengsels ook kunnen bevriezen, zodat ze, paradoxaal genoeg, kunnen stromen zonder wrijving en tegelijk toch gevangen zitten in een vaste structuur.
De wrijvingsloze toestand van de atoomgassen bleek verrassend stabiel te zijn. In een metaal zou deze toestand supergeleidend blijven tot een temperatuur van ongeveer duizend Kelvin, ruim boven kamertemperatuur. De huidige supergeleiders moeten juist heel koud worden gehouden, wat weer een probleem is voor toepassingen op grote schaal.
Het onderzoek van Koos Gubbels maakt onderdeel uit van het Viciproject van natuurkundige Henk Stoof. Stoof ontving in 2003 een Vici uit de Vernieuwingsimpuls van NWO.
Over NWO
NWO is dé nationale wetenschapsfinancier en heeft tot taak het wetenschappelijke onderzoek in Nederland te laten excelleren via nationale competitie. Jaarlijks geeft NWO ruim 700 miljoen euro uit aan subsidies voor toponderzoek en toponderzoekers, vernieuwende instrumenten en apparatuur, en aan instituten waar toponderzoek wordt bedreven. NWO financiert het onderzoek van ruim 5300 getalenteerde wetenschappers aan universiteiten en instellingen. Selectie door middel van peer review is in handen van onafhankelijke deskundigen. NWO bevordert de overdracht van kennis naar de maatschappij.
---