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Forscher heben Temperatur für Supraleitung ohne dauerhafte Druckerhöhung an
Ein Cuprat-Material wurde kurzzeitig hohem Druck ausgesetzt, damit es unter höhererTemperatur supraleitend bleibt.
Ein Cuprat-Material wird lediglich kurzzeitig einem hohen Druck ausgesetzt.
Ein Forschungsteam der University of Houston und des Argonne National Laboratory des US-Energieministeriums hat den 30 Jahre anhaltenden Temperaturrekord für Supraleitung geknackt. Sie hoben mit ihrem Cuprat-Supraleiter die Temperatur um 30 Grad Fahrenheit von -220 Grad Fahrenheit (etwa -140 °C) auf nunmehr -190 Grad Fahrenheit (etwa -123,3 °C) an, bei dem das Material Strom ohne Widerstand leitet. Ein erhöhter Umgebungsdruck war dafür nicht notwendig.
Supraleiter funktionieren gemeinhin lediglich bei extrem niedrigen Temperaturen. Zwar existiert nach Angaben des Argonne National Laboratory auch ein Material, das bei Temperaturen nahe der Raumtemperatur supraleitend ist. Das funktioniert jedoch nur unter dauerhaft hohem Druck, wie er in Speziallaboren erzeugt werden kann. Für die Praxis ist dieses Material ungeeignet, weil diese Drücke außerhalb der Labore nicht praktikabel erzeugt werden können.
Die Wissenschaftler der University of Texas und des Argonne National Laboratory entwickelten ein Oxid aus Quecksilber, Barium, Kalzium und Kupfer, wie die Forscher mitteilten. Den Cuprat-Supraleiter komprimierten sie in einer Diamantstempelzelle bei einem Druck von knapp 30 Gigapascal. Den Druck ließen die Forscher dann schnell wieder ab. Das Material behielt dabei seine supraleitenden Eigenschaften bei.
Der angewendete Druck verändert die Abstände zwischen den Atomen in dem Material und zwingt sie so zu einer neuen Anordnung. Dabei werde Energie im System gespeichert. Wird der Druck nun schnell entfernt, verharrt das Material temporär in einem metastabilen Zustand. Dabei entspannt sich die Struktur des Materials nicht vollständig, wie es etwa bei einem langsam abgelassenen Druck der Fall ist. Denn dann entspannen sich die Atome wieder und kehren in ihre normale Struktur zurück.
Beim schnellen Ablassen des Druckes bilden sich dagegen viele kleine Defekte. Diese Unregelmäßigkeiten in der geordneten Atomanordnung scheinen den supraleitenden Zustand zu stabilisieren, heißt es von den Wissenschaftlern. Die Cupratprobe kann so bei höheren Temperaturen supraleitend sein, ohne dass ein anhaltender hoher Druck nötig ist.
Möglich wurden die Forschungen erst durch den Advanced Photon Source (APS) des Argonne National Laboratory. Die APS-Beamline 16-ID-B ist in der Lage, mittels intensiver, hochfokussierter Röntgenstrahlen Materialien unter extremen Bedingungen zu untersuchen. Damit können subtile Veränderungen der inneren Struktur des Cuprat-Materials auf mikroskopischer Ebene während des Prozesses der Druckablassung ermittelt werden. Diese Messungen führen zu einem Verständnis, wie ein Cuprat-Material besser in einen dauerhaft supraleitenden Zustand bei höheren Temperaturen versetzt werden kann.
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