Laser-Supraleiter: Supraleitung bei Raumtemperatur?

Die Entdeckung von Supraleitern war eine der bedeutsamsten und überraschendsten physikalischen Entdeckungen des 20. Jahrhunderts. Bestimmte Materialien werden, wenn sie unter eine bestimmte Temperatur namens Sprungtemperatur heruntergekühlt werden, zu elektrischen Leitern mit einem Widerstand von Null. Supraleiter werden beispielsweise in MRTs und Teilchenbeschleunigern genutzt. Allerdings ist die Kühlung der Materialien aufwändig, weshalb Wissenschaftler schon seit Jahrzehnten versuchen, Supraleitung bei Raumtemperatur zu erreichen. Ein internationales Team hat nun einen wichtigen Beitrag zu diesen Bemühungen geleistet.

Neuer Zustand der Supraleitung

Das Team, dem unter anderem der Physiker Stephen Clark von der University of Bath angehört, verwendet Laser, um das jeweilige Material zu bestrahlen und so Supraleitung auch bei höheren Temperaturen zu induzieren. Die Ergebnisse sind ein wichtiger Schritt in Richtung von Supraleitern, die auch unter normalen Bedingungen bei Raumtemperatur funktionieren.

Die Forscher untersuchten ein Material aus sogenannten “bucky-balls”, großen Molekülen aus 60 Kohlenstoffatomen, die in einer Art Käfig angeordnet sind. Mischt man diese Moleküle mit basischen Atomen wie Kalium vermischt, springt das äußere Elektron des Kaliums auf die bucky-balls über, um dann von bucky-ball zu bucky-ball zu springen. Das Material wird dadurch bei Raumtemperatur metallisch. Außerdem wird es ab einer Sprungtemperatur von 20 Kelvin (–253,15 Grad Celsius) zu einem Supraleiter.

Molekulare Feststoffe wie die bucky-balls können auf verschiedene Art und Weise vibrieren, wobei die Käfig-Struktur gestaucht und gedehnt wird. Die Forscher verwendeten einen starken Laser, um das Material zu bestrahlen. Die Frequenz des Lasers entsprach dabei einer der Vibrationsarten der bucky-balls, die durch den Laser in Schwingungen versetzt wurden.

Bei der Untersuchung der Auswirkungen dieser Bestrahlung auf das Material zeigte sich, dass die Sprungtemperatur auf 100 Kelvin (–173.15 Grad Celsius) anstieg. Diese Sprungtemperatur blieb konstant, solange die Vibrationen anhielten. Fiel die Temperatur auf unter 20 Kelvin (also unter die ursprüngliche Sprungtemperatur) wurden die supraleitenden Eigenschaften des Materials wieder aufgehoben. Diese Tatsache legt nahe, dass es sich nicht einfach nur um einen “getunten” Supraleiter handelt, sondern um einen komplett neuen Zustand.

Weitere Forschung kann zu Supraleitern bei Raumtemperatur führen

Warum genau die Eigenschaften des Materials sich durch den Laser so dramatisch veränderten ist bisher nicht bekannt. Die Forscher vermuten jedoch, dass die Vibrationen die Bindung zwischen den Elektronenpaaren des Materials erhöht und so die Sprungtemperatur um den Faktor 5 heraufsetzt. Bei manchen Supraleitern würde der Faktor zwei bereits ausreichen, um Supraleitung bei Raumtemperatur zu ermöglichen. Momentan suchen die Forscher also nach Materialien mit einer höheren Sprungtemperatur, die unter Laserbestrahlung das gleiche Verhalten zeigen. Außerdem bietet die Methode neue Möglichkeiten, um Supraleitung zu erreichen und zu manipulieren. Weiteres Verständnis des Phänomens könnte unter Umständen sogar zu einem Material führen, dass schon bei Raumtemperatur und ohne den Einsatz von Lasern zum Supraleiter wird, was bereits einer kleinen Revolution im Bereich Supraleiter gleich käme.

via IFLScience

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