Bei Normaldruck: Supraleitung bei Raumtemperatur ist erreichbar
Ein Forschungsteam der University of Houston(öffnet im neuen Fenster) , USA, hat eine Methode entwickelt, um die Temperatur, ab der ein Material supraleitende Eigenschaften besitzt, deutlich zu erhöhen. Dafür nutzten sie die Quecksilberverbindung Hg-1223, die bereits bei 133 Kelvin (-140 °C) widerstandsfrei Strom übertragen kann.
Mithilfe von Pressure Quenching, frei übersetzt Druckabschreckung, wurde diese sogenannte kritische Temperatur, bei deren Überschreiten der Supraleiter seine Eigenschaft verliert, auf 151 Kelvin erhöht. Diese -122 °C stellen laut der Forschungsgruppe einen Weltrekord für Hochtemperatursupraleiter dar.
Schockbehandlung und viele offene Fragen
Das Prinzip lässt sich unter anderem bei Schwefelwasserstoff beobachten, der bei einem Druck von etwa 200 Gigapascal, dem 2-Millionen-fachen des Normaldrucks, zum Supraleiter wird. Hg-1223 wurde nahe dem absoluten Nullpunkt (-273 °C) dem 300.000-fachen des Normaldrucks ausgesetzt.
Anschließend wurde der Druck schnell reduziert, aber die verbesserte Supraleitfähigkeit blieb bei Normaldruck und deutlich oberhalb der ursprünglichen kritischen Temperatur bestehen. In den Experimenten konnte das Verhalten mit verschiedenen Proben reproduziert werden. Zwei Wochen hielt der Effekt an und verschwand danach.
In der zugehörigen Studie, die in Pnas(öffnet im neuen Fenster) veröffentlicht wurde, werden nicht nur die Ergebnisse beschrieben. Das insgesamt 16-köpfige Team beschreibt zudem Strategien, um supraleitende Eigenschaften auch bei Normalbedingungen zu erreichen.
Neue Stromleitungen, bessere MRTs und Kernfusion
Schließlich könnten solche Supraleiter den Bau von Magnetresonanztomografen erheblich vereinfachen, Verluste in Hochspannungsleitungen könnten minimiert werden und der magnetische Einschluss für die Kernfusion wäre ebenfalls leichter zu erreichen.
Und grundlegend wird in der Studie gezeigt, dass der Entwicklung eines solchen Materials keine physikalischen Gesetze entgegenstehen. Um diese Forschung voranzutreiben, werden jedoch zwei wichtige Schritte nötig sein.
Langer Weg zum perfekten Supraleiter
Erstens gelte es, die bestehenden Modelle zur Identifizierung potenzieller Supraleiter entscheidend zu verbessern. Diese berechnen zwar mögliche Kombinationen chemischer Elemente, verraten aber nichts über deren Herstellbarkeit.
Zweitens müssten die denkbaren Materialmanipulationen genauer untersucht werden. Bei Hg-1223 wurde eher zufällig entdeckt, dass extremer Druck bei annähernd 0 Kelvin die Eigenschaften änderte. Aber auch Dotierungen, die Bestrahlung mit Laserpulsen oder spezielle Nanostrukturen sind denkbar.
Theoretisch scheint Supraleitung bei Zimmertemperatur also möglich zu sein, aber die Auswahl an möglichen Wegen dorthin ist fast unendlich groß.