(vervolg van UT-onderzoek baart opzien)
'Je brengt twee niet-magnetische materialen met elkaar in contact. Eigenlijk doe je verder niets, alleen maar afkoelen. En opeens is er een magnetisch veld. En niet één, maar duizenden 'magnetische momenten' die je afzonderlijk kunt waarnemen.'
Onderzoeker Hans Hilgenkamp kreeg enthousiaste reacties van IBM in New York, waar ze een speciale magnetische microscoop hebben waarmee het effect kon worden gemeten. Een enkel 'half flux-quantum' was al eens waargenomen, maar zoveel tegelijk en ook nog eens keurig geordend, dat is opmerkelijk.
Het bijzondere effect ontstaat doordat een combinatie is gemaakt van een 'hoge temperatuur' en een 'lage temperatuur' supergeleider: de laatste wordt pas supergeleidend bij temperaturen dichtbij het absolute nulpunt, de eerste al bij bijvoorbeeld 93 Kelvin (minus 180 graden). Beide zijn supergeleidend, maar het werkingsmechanisme is naar alle waarschijnlijkheid verschillend. Ten gevolge daarvan hebben de twee supergeleidende toestanden geheel verschillende quantum-symmetrie eigenschappen. Worden beide materialen in bepaalde geometrieën met elkaar in contact gebracht dan ontstaat een soort conflict. De enige uitweg is het vormen van een magneetveld ter grootte van een half flux-quantum. Het veld wordt dus spontaan gegenereerd door de combinatie van materialen en door de hoekvormige geometrie.
De Twentse onderzoekers slagen er nu in duizenden van deze halve flux-quanta bij elkaar te plaatsen op een supergeleidende chip. De magnetische momenten gaan elkaar dan beïnvloeden, en zoeken een zekere ordening. Een naburig quantum kiest het liefst een tegengestelde richting, maar heeft ook weer te maken met buren aan de andere kant. Soms verloopt deze ordening harmonieus, soms ontstaan zogenaamde 'frustratie-effecten', waar tegen wil en dank een richting moet worden gekozen. Het bestuderen hiervan kan fundamenteel inzicht opleveren in de eigenschappen van bepaalde magnetische materialen, waarin vergelijkbare frustratie-effecten op atomaire schaal optreden.
Als het systeem geheel is afgekoeld, worden de magnetische richtingen als het ware bevroren. Dan is het vervolgens mogelijk een nieuwe richting te forceren zonder dat de naburige quanta ook omklappen, en dus informatie te schrijven. Dat is interessant voor supergeleidende elektronica en mogelijk voor toekomstige ontwikkelingen zoals de quantumcomputer.
Behalve een 'heel veld vol' halve flux-quanta kunnen de onderzoekers de magnetische momenten ook op een rijtje leggen, door een kartelvormige overgang tussen de supergeleiders te maken, waarbij het hoekje steeds verspringt. Ook denken zij aan nieuwe geometrieën, aan hele kleine structuren en aan andere combinaties van supergeleidende materialen.
Voor het meten van het effect heeft de Twentse groep samengewerkt met het IBM T.J. Watson Research Center in Yorktown Heights, New York, dat daarvoor beschikt over een scanning SQUID microscoop: een speciale microscoop die een oppervlak aftast met een tipje dat een ultragevoelige supergeleidende magneetveld-sensor bevat.
Het onderzoek van Hilgenkamp c.s., uitgevoerd in de groep van prof. Horst Rogalla, afdeling Technische Natuurwetenschappen en het MESA+research instituut van de Universiteit Twente, is gefinancierd door de stichting Fundamenteel Onderzoek der Materie (FOM), NWO, de KNAW en de European Science Foundation (PiShift programma).
