- Onderzoekers van de TU Delft hebben het voor elkaar gekregen om eenrichtingssupergeleiding zonder magnetisch veld tot stand te brengen.
- Dat werd lange tijd niet mogelijk geacht en is een eerste stap op weg naar commerciële toepassing van supergeleiding.
- Met supergeleiders worden computers honderden keren sneller en wordt IT ook veel groener.
- Lees ook: Kabinet wil €230 miljoen investeren in de Nederlandse chipindustrie
Supergeleiders kunnen computers honderden keren sneller maken, en dat alles zonder energieverlies. Toch worden supergeleidende computerchips nog niet ingezet.
Dat komt door een aantal problemen, waarvan de TU Delft nu mogelijk de grootste heeft opgelost met een baanbrekende ontdekking. Het is onderzoekers van de universiteit gelukt om eenrichtingssupergeleiding zonder magnetische velden tot stand te brengen. Dat werd lange tijd niet mogelijk geacht.
“Als de 20e eeuw de eeuw was van de halfgeleiders, kan de 21e eeuw de eeuw van de supergeleider worden”, zegt onderzoeksleider Mazhar Ali over de maatschappelijke en technologische toepassingen in een interview met de TU Delft.
In supergeleiders gaat een stroom door een draad zonder enige weerstand. Daardoor werd het vrijwel onmogelijk geacht de stroom te remmen of te blokkeren, laat staan om de stroom in slechts één richting te laten lopen – wat nodig is voor computers. Dat het de onderzoeksgroep in Delft nu wel is gelukt, betekent een eerste stap op weg naar elektronica met supergeleidende chips.
Maar hoe werkt het en welke toepassingen zijn er in de toekomst allemaal mogelijk?
Ontdekking mogelijk door nieuw kwantummateriaal
Volgens de onderzoekers kun je eenrichtingssupergeleiding vergelijken met het uitvinden van een speciaal soort ijs dat geen wrijving geeft als je de ene kant op schaatst, maar onoverkomelijke wrijving als je de andere kant op schaatst.
De wetenschappers zijn daar in geslaagd door het klassieke barrièremateriaal van zogeheten 'Josephson Junctions' (twee supergeleiders met een dunne isolator ertussen) te vervangen door een barrière van een nieuw kwantummateriaal: Nb3Br8. Daardoor kan de koppeling tussen de twee supergeleiders op een nieuwe manier gemoduleerd worden.
Daarmee is een eerste stap gezet op weg naar commerciële toepassing. Maar voordat dat werkelijkheid wordt, moet er volgens Ali nog veel gebeuren. "De eerste onderzoeksrichting die we moeten aanpakken voor commerciële toepassing, is het verhogen van de temperatuur waarmee we werken", legt hij uit in het interview met de universiteit. "Hier gebruikten we een zeer eenvoudige supergeleider die de temperatuur beperkte."
"Nu willen we werken met de bekende zogenaamde 'High Tc Superconductors' en kijken of we Josephson-diodes kunnen laten werken bij temperaturen boven 77 K [-195,8 graden Celsius, red.], aangezien dit koeling met vloeibare stikstof mogelijk maakt", aldus de onderzoeksleider.
Vervolgens moet gekeken worden naar schaalvergroting, zegt Ali: "Hoewel het geweldig is dat we hebben bewezen dat dit werkt in nanodevices, hebben we er maar een handvol gemaakt. De volgende stap is te onderzoeken hoe we de productie kunnen opschalen naar miljoenen Josephson-diodes op een chip."
Supercomputers en bitcoin minen
Als het lukt om de chips op grote schaal te produceren, kunnen uiteindelijk gewone computers of supercomputers van bijvoorbeeld het KNMI en IBM gebruik gaan maken van supergeleiding. "Niet voor mensen thuis, maar voor server farms of voor supercomputers zou het slim zijn om dit te implementeren", stelt Ali in het interview met de TU Delft.
Denk hierbij aan grote datacenters of mogelijk zelfs het steeds populairdere 'cloud gaming'. Het is ook niet ondenkbaar dat de nieuwe chips uiteindelijk gebruikt zullen worden voor het minen van bitcoin (of andere crypto's), waar veel rekenkracht en energie voor nodig is.
"Technologie die vroeger alleen mogelijk was met halfgeleiders, kan nu mogelijk met behulp van deze bouwsteen met supergeleiders worden gemaakt", vertelt Ali. "Daar vallen ook snellere computers onder, zoals computers met een snelheid tot terahertz, 300 tot 400 keer sneller dan de computers die we nu gebruiken."
Door supergeleiders toe te passen in ons dagelijks leven, zou IT volgens de onderzoekers ook veel groener worden: een supergeleidende draad van hier naar de maan zou de energie zonder verlies transporteren.
De Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek (NWO) beaamt de groene mogelijkheden. De wetenschapsfinancier heeft becijferd dat het gebruik van supergeleiders in plaats van gewone halfgeleiders tot wel tien procent van alle Westerse energiereserves kan veiligstellen.
