4 juni 2020

Supergeleiding in meteorieten ontdekt

Voor de allereerste keer is supergeleiding in buitenaards materiaal ontdekt. Een gemengd team van wetenschappers van de Universiteit van Californië, San Diego en het Brookhaven Laboratory in New York hebben in hun zoektocht naar natuurlijk verzamelde supergeleidende materialen een aantal meteoriet fragmenten onderzocht. Na een grondige selectie werden 15 meteoriet fragmenten onder de loep genomen. Twee ervan, afkomstig van de grote meteoriet ‘Mundrabilla’, gevonden in 1911 in Australië, en ‘GRA 95205’ (Antarctica), bleken supergeleidende korrels te bevatten. Supergeleiding is het verschijnsel dat de elektrische weerstand van sommige materialen beneden een bepaalde temperatuur opeens helemaal verdwijnt.*  

Mundrabilla meteoriet credits; National Museum Natural History Washington

Meteorieten – vanwege hun extreme oorsprong in de ruimte – bevatten een grote verscheidenheid aan fasen uit de oudste perioden van ons zonnestelsel (fase duidt in de schei- en natuurkunde op de verschijningsvorm van een stof met macroscopisch gezien homogene chemische en fysische eigenschappen). Deze zijn lastig om te detecteren vanwege hun minieme meetbaarheid. Het onderzoeksteam heeft m.b.v. een ultragevoelige meettechniek genaamd ‘magnetische veldgemoduleerde microgolfspectroscopie’ (MFMMS) supergeleiding in het meteoriet materiaal vastgesteld. De onderzoeksresultaten zijn gepubliceerd in de Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS)**.

In het artikel kenmerkt het team de fasen van de meteorieten als legeringen van lood, tin en indium (het zachtste niet-alkalimetaal). Ze stellen dat hun bevindingen meer inzicht in verschillende astronomische omgevingen kunnen geven, daar supergeleidende deeltjes in koude omgevingen de vorming, vorm en oorsprong van magnetische velden, dynamo-effecten, beweging van geladen deeltjes en meer kunnen beïnvloeden. “Natuurlijk voorkomende supergeleidende materialen zijn ongebruikelijk, maar ze zijn bijzonder belangrijk omdat deze materialen supergeleidend kunnen zijn in buitenaardse omgevingen”, zegt hoofdauteur Mark Wampler, een postdoctoraal onderzoeker bij de Schuller Nanoscience Group.

Prof. Schuller, natuurkundige, gespecialiseerd in supergeleiding, leidde de methodologische technieken van de studie. Na detectie m.b.v. de MFMMS het aantal kandidaat fragmentjes te hebben gereduceerd, hebben de onderzoekers de individuele monsters onderverdeeld en gemeten, zodat ze de stukjes met de grootste fractie van supergeleiding konden isoleren. Vervolgens kenmerkte het team deze stukjes met geavanceerde technieken, als energiedispersieve röntgenspectroscopie (EDX) en numerieke methoden.

Volgens Mark Thiemens, hoogleraar kosmologische chemie (en in bezit van zijn eigen asteroide, de ‘Asteroid 7004Markthiemens’) zijn meteorieten met extreme vormingsomstandigheden ideaal voor het observeren van exotische chemische soorten, zoals supergeleiders. Hij merkte echter het unieke karakter op van supergeleidende materialen die voorkomen in deze buitenaardse, kleine objecten. Thiemens: “Mijn deel van het project was om te bepalen welke van de tienduizenden meteorieten uit verschillende categorieën een goede kandidaat was  om de relevantie voor planetaire processen; gekozen werd voor verscheidenheid, bv een fragment afkomstig van de ijzeren nikkelkern van een planeet, een ander van het meer oppervlakkige deel dat zwaar is gebombardeerd door inslagen en een ander fragment kwam van de eerste meteorieten waar diamant werd waargenomen.”

Volgens Thiemens is Mundrabilla een ijzersulfide-rijke meteoriet van een klasse  gevormd na smelten in asteroïde kernen en zeer langzaam afkoelt. GRA 95205, is een ureiliet-meteoriet – een zeldzaam steenachtig stuk meteoriet met unieke minerale samenstelling – dat tijdens zijn vorming zware schokken onderging. Volgens Schuller is supergeleiding in natuurlijke monsters buitengewoon ongebruikelijk. “Natuurlijk verzamelde materialen zijn geen fase-zuivere materialen. Zelfs het eenvoudigste supergeleidende mineraal, lood, wordt slechts zelden in zijn oorspronkelijke vorm gevonden”, stelt Schuller. De onderzoekers waren het erover eens dat ze slechts één eerdere melding van natuurlijke supergeleiding kenden, in het mineraal covelliet; Daar de supergeleidende fasen die ze in het PNAS-artikel vermelden in twee van zulke verschillende meteorieten bestaan, is het waarschijnlijk dat het ook in andere meteorieten voorkomt. Bron Phys.org / ScienceAlert
*Supergeleiding als verschijnsel is op 8 april 1911 in Leiden ontdekt door Heike Kamerlingh Onnes, bij zijn baanbrekende werk op het gebied van de extreem lage temperaturen. In de jaren 80 en 90 van de 20e eeuw vond men ook supergeleiding bij veel hogere temperaturen in keramische materialen.

Speak Your Mind

*

Deze website gebruikt Akismet om spam te verminderen. Bekijk hoe je reactie-gegevens worden verwerkt.