Hochtemperatur-Supraleitung
Die so genannte
Hochtemperatur-Supraleitung entsteht in Materialien, die als Hochtemperatur-Supraleiter (HTSC) bezeichnet werden. Dabei handelt es sich um eine bestimmte Kategorie keramischer Supraleiter oder auch Kuprate, die über extrem hohe Sprungtemperaturen verfügen. Ihr Verhalten wird mit der BCS-Theorie beschrieben, dennoch gelten sie als unkonventionelle Supraleiter. Der Fluss von Ladung findet bei der Hochtemperatur-Supraleitung mittels Cooper-Paaren statt, allerdings bei wesentlich höheren Temperaturen als in herkömmlichen metallischen Supraleitern. Die Einstufung der "Hochtemperatur" muss dabei im direkten Vergleich gesehen werden: sie liegt immer noch bei unter - 140° Celsius.
Als Pionier der Erforschung der Hochtemperatur-Supraleitung gilt A. Sleight, der als erster den Nachweis für Supraleitung bei Keramink erbringen konnte. Durchschlagende Ergebnisse erzielten in den 1980er Jahren die am IBM Zurich Research Laboratory tätigen Foscher Johannes Georg Bednorz und Karl Alexander Müller, die Perowskit-Strukturen in ihrer Forschung einsetzten.
Hier gelang es erstmals, den Abstand zwischen Sauerstoff- und Kupferatomen durch die zielgerichtete Substitution einzelner Atome auf ganzen Ebenen zu beeinflussen.
Im April 1986 konnte beim Lanthan-Barium-Kupferoxid (La1,85Ba0,15CuO4) eine Supraleitung bei einer Sprungtemperatur von 35° K nachgewiesen werden. Auf einem Kongress der Amerikanischen Physikalischen Gesellschaft in New York erstmals vorgestellt, wurde die Entdeckung schnell publik und weltweit von verschiedenen Forschungsgruppen bestätigt. Bednorz und Müller wurden für dieses revolutionäre Forschungsergebnis mit dem Nobelpreis in Physik ausgezeichnet.
Doch es wurden verwandte Stoffe mit noch weitaus höheren Sprungtemperaturen entdeckt, zum Beispiel YBa2Cu3O7 mit 93 K und Bi2Sr2Ca2Cu3O10 mit 110° K. Diese beiden Substanzen können sehr einfach und kostengünstig mit flüssigem Stickstoff gekühlt werden, so dass sie ihre supraleitenden Eigenschaften entfalten. Den höchsten Wert hält bis heute jedoch das Hg0,8Tl0,2Ba2Ca2Cu3O8 mit 138° K.
Hochtemperatur-Supraleitung kann für viele technische Prozesse eingesetzt werden. Diese praktische Anwendung gab letztlich den Ausschlag für die weitere mit Hochdruck betriebene Forschung. Die Kühlung ist zwar vergleichsweise preiswert, dennoch verhindert die relativ geringe kritische Feldstärke des Meißner-Ochsenfeld-Effekt die Supraleitung in konventionellen Supraleitern vergleichbaren Magnetfeldern. Das Material ist zudem besonders spröde, so dass es nahezu unmöglich ist, flexible Drahtverbindungen aus dem Material von Hochtemperatur-Supraleitern zu fertigen.
Häufige Anwendung findet Hochtemperatur-Supraleitung zum Beispiel in SQUIDS bei der Präzisionsmessung von Magnetfeldern. Während SQUIDS aus konventionellen Supraleitern eine Kühlung durch Helium benötigen, kann hier einfacher mit Stickstoff gekühlt werden.
Artikel wurde von Erwin Huber am 27.11.2008 eingereicht.