Hauptursache für reduzierten Stromtransport identifiziert
Verständnis mikroskopischer Defekte ermöglicht gezielte Optimierung von Hochtemperatur-Supraleitern.
Verständnis mikroskopischer Defekte ermöglicht gezielte Optimierung von Hochtemperatur-Supraleitern.
Einer internationalen Gruppe von Physikern an der Universität Augsburg, der Universität von Florida in Gainesville und dem Niels-Bohr Institut in Kopenhagen ist es gelungen, die elektrische Ladung, die sich an den Grenzflächen zwischen Kristallkörnern sammelt, als Hauptursache für den reduzierten Stromtransport in Supraleitern zu identifizieren. Sie schafften damit die Voraussetzung für eine gezielte Optimierung des Stromtransports in den Kupferoxid-Supraleitern sowie für die Erweiterung der Möglichkeiten ihres praktischen Einsatzes.
Abb.: Atomare Struktur einer Korngrenze mit einer den Stromtransport reduzierenden "Ladungswolke". (Bild: Universität Augsburg/IFP/EP VI)
Erst vor 25 Jahren – mit der Entdeckung der supraleitenden Eigenschaften einiger Kupferoxid-Verbindungen, für deren Kühlung flüssige Luft ausreichend ist – gelangte ein praktischer Einsatz der Supraleitung für die Energieversorgung in Reichweite. Jedoch legte die Natur einen Stolperstein auf den Erfolgsweg der Supraleitung: Die in fast allen Materialien vorhandenen mikroskopischen Defekte, die sich durch das Aufeinandertreffen einzelner, gegeneinander verdrehter Materialkörner ausbilden, wirken sich in diesen neuen Supraleitern ganz besonders negativ auf den Stromtransport aus.
Dieser Umstand wurde experimentell umfassend untersucht und verschiedene Verfahren zur Verbesserung der physikalischen Eigenschaften dieser Materialien konnten erfolgreich entwickelt werden. Aber ein theoretisches Verständnis dieses Problems war bislang nicht vorhanden.
Dem Forscherteam aus Augsburg, Gainesville und Kopenhagen ist es nun gelungen, die mikroskopischen Defekte in diesen Materialien erfolgreich theoretisch zu modellieren und den supraleitenden Stromtransport zu simulieren. Dabei wurde die sich an den Grenzflächen zwischen zwei Kristallkörnern sammelnde elektrische Ladung als Hauptursache für den reduzierten Stromtransport identifiziert. Dieses theoretische Verständnis erlaubt es nun, nach gezielten Verfahren zur Verbesserung des Stromtransports in den Kupferoxid-Supraleitern zu suchen und damit letztlich die Möglichkeiten ihres praktischen Einsatzes zu erweitern.
Universität Augsburg
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