Bednorz werd in 1950 geboren in het bij Rheine gelegen Westfaalse stadje Neuenkirchen, niet ver van Enschede. Hij studeerde natuurkunde in Münster en promoveerde aan de fameuze Eidgenössische Technische Hochschule (ETH) in Zürich. Daarna trad hij in dienst bij het Zwitserse onderzoekslaboratorium van de Amerikaanse computergigant IBM in Rüschlikon bij Zürich. Hij werkt er nog steeds en wil er naar eigen zeggen niet weg.
Samen met zijn Zwitserse leermeester Müller nam Bednorz in januari 1986 in een gelaagd keramisch materiaal (barium-lanthaan-koperoxide, BaLaCuO) supergeleiding waar bij de toenmalige recordtemperatuur van 33 Kelvin (-240° Celsius). Deze ontdekking betekende de doorbraak voor hoge Tc-supergeleiding en leverde Bednorz en Müller de Nobelprijs op.
Er brak een ware 'cold-rush' uit. Rivaliserende onderzoekers op jacht naar roem en geld ontdekten steeds meer nieuwe materialen die supergeleidend waren bij steeds hogere temperaturen. Het huidige record is 135 Kelvin, nog altijd 165° Celsius beneden kamertemperatuur. Bednorz houdt zich inmiddels vooral bezig met het groeien en karakteriseren van dunnelagen en heterostructuren van oxiden met nieuwe interessante eigenschappen.
- Hoe komt een grote doorbraak zoals in 1986 tot stand?
Bednorz: 'Je kunt een onderzoeksprogramma nooit helemaal plannen. Je hebt de vrijheid nodig om van een bepaalde onderzoekslijn te kunnen afwijken. En dat soort vrijheid hebben we in onze projecten bij IBM.
'Ons supergeleidingsonderzoek naar balacuo was aanvankelijk een zijspoor, maar wel een zijspoor dat aansloot bij een degelijke hoeveelheid materiaalkundig onderzoek naar de bewuste oxiden. We besloten met die materialen iets nieuws te proberen op basis van een model dat we hadden geconstrueerd. Een domme zet, vonden sommige collega's. Maar wij geloofden erin.
'Natuurlijk, daar schaam ik me helemaal niet voor, hadden we een zekere dosis geluk, zeker wat betreft het tijdstip dat we onze ontdekking deden. Maar je moet zulk geluk wel kunnen herkennen als het aan je deur klopt.'
- Wat betekent het voor een onderzoeker om op 37-jarige leeftijd de Nobelprijs te winnen? Wat kan er na zo'n hoogtepunt nog volgen?
'Het voordeel van de Nobelprijs jong krijgen is natuurlijk dat je er langer van kunt genieten. Maar ik weet niet of de prijs uiteindelijk het hoogtepunt van mijn carrière zal blijken te zijn; je weet maar nooit welke belangrijke ontdekkingen je misschien in de toekomst nog zal doen.
'Ieder beginnend onderzoeker zoekt naar erkenning, maar je mikt natuurlijk niet op de Nobelprijs. Dat zou alleen maar tot frustratie leiden. Belangrijk is vooral het respect van je collega's en hun belangstelling voor je onderzoeksresultaten. Zo keek ik er in ieder geval tegen aan toen ik bij IBM begon. Maar aan de ETH grapten we in de pauze wel dat we geen tweede kop koffie namen omdat we aan onze Nobelprijs moesten werken.
'Het belangrijkste gevolg dat de prijs voor mij als onderzoeker heeft gehad is het feit dat er opeens veel beter naar me werd geluisterd. Dat komt natuurlijk door het image van de prijs, die toch vaak wordt toegekend aan mensen die al een lange wetenschappelijke of maatschappelijke carrièreachter de rug hebben. Iedereen verwacht van een Nobelprijswinnaar dat je belangwekkende en wijze zaken te melden hebt over van alles en nog wat, en bijvoorbeeld politiek advies kunt geven. Ten onrechte! De Nobelprijs leidt tot verwachtingen die ik niet altijd kan vervullen.'
- Zal hoge Tc-supergeleiding de beloften van 1986 nog ooit inlossen?
'In het begin hebben onderzoekers grote vergissingen begaan. De problemen bij de ontwikkeling van supergeleidende materialen zijn enorm onderschat. Dat kwam ook doordat onderzoekers opeens onder nieuwe omstandigheden moesten werken: ze werden voortdurend geïnterviewd en moesten optreden in tv-shows. Dat hadden ze nooit geleerd. Daardoor konden journalisten hen verleiden tot te optimistische uitspraken. Inmiddels hebben we geleerd om beter met de media om te gaan. Onderzoek gebeurt nu meer in stilte. Maar er is nog steeds vooruitgang en de resultaten zijn opwindend.
'Er zijn inmiddels experimentele supergeleidende motoren met een vermogen van honderd en binnenkort duizend pk. Die doen het al een factor twee beter dan gewone motoren. Sinds kort zijn er supergeleidende transformatoren operationeel in het Zwitserse elektriciteitsnet. En supergeleidende filters in de verdeelstations van mobiele communicatienetten. Ook op het gebied van supergeleidende elektronische devices gebeurt veel, ook hier in Twente. Het is lange-termijnwerk maar je moet er wel in blijven investeren.'
- Waar werkt u tegenwoordig aan?
'Het supergeleidingsonderzoek heeft ons veel geleerd over het groeien van dunnelagen van oxiden. Op basis daarvan kijken we nu naar veel meer eigenschappen. We maken uit driedimensionale kristalstructuren van b.v. strontium-rutheniumoxide tweedimensionale structuren. Door gecontroleerde zuurstoftoevoer via een elektronenbundel manipuleren we de atoomroosters in de laag zo dat met de structuur ook de eigenschappen veranderen.
'De atomen schikken zich in regelmatige patronen van lagen die afhankelijk van de hoeveelheid toegevoerde zuurstof en de temperatuur variabele eigenschappen vertonen. Zo nemen we in hetzelfde materiaal achtereenvolgens ferromagnetische, metallische en ferro-elektrische eigenschappen waar. De lagen kunnen met zuurstof zelfs van en aan elkaar worden geritst.
'Op termijn kan dit soort nanotechnologische manipulatie van materialen op atoomniveau een breed spectrum van interessante toepassingen mogelijk maken. Ik denk met name aan informatieopslag in computers.'
Supergeleiding
Supergeleiding is het vermogen van materialen om elektriciteit zonder weerstand te geleiden. Deze eigenschap is zeer interessant voor toepassingen bij elektriciteitsproductie en -transport, krachtige magneten voor deeltjesversnellers of zweeftreinen en supersnelle computers.
Het bijzondere verschijnsel werd in 1911 door de Nederlandse natuurkundige Kamerlingh Onnes voor het eerst waargenomen in kwik beneden 4 Kelvin (-269° Celsius). Rendabele toepassingen werden echter lang bemoeilijkt doordat de benodigde extreem lage temperaturen alleen konden worden gerealiseerd door koeling met het dure vloeibare helium.
Sinds 1986 zijn ook materialen ontdekt die supergeleidend vertonen bij 'hoge' kritische temperaturen (Tc). Het begon met Bednorz en Müller (zie hoofdverhaal), die in 1986 een keramische supergeleider vonden bij 33 Kelvin (-240° Celsius). Het huidige record bij gewone druk is 135 Kelvin (-138° Celsius). Bij zulke temperaturen is goedkope koeling met vloeibaar stikstof mogelijk. Dat brengt rendabele toepassingen dichterbij.
Hoewel de eerste toepassingen van hoge Tc-supergeleiding inmiddels op de markt zijn gebracht, zijn de optimistische verwachtingen van eind jaren tachtig (supergeleiding bij kamertemperatuur!) nog niet bewaarheid. Ook op theoretisch vlak zijn de geheimen van hoge Tc-supergeleiding geenszins opgelost.
