18.01.2023

Wie Druck auf Supraleiter wirkt

Neue Ergebnisse erweitern Grundlagen für eine Supraleiter-Theorie.

Physikerinnen und Physiker der Universität Leipzig ist erneut ein tieferer Einblick in den Mechanismus von Supra­leitern gelungen. Damit ist die Arbeitsgruppe unter der Leitung von Jürgen Haase dem Ziel ein Stück näher­gekommen, Grundlagen für eine Theorie für Supraleiter zu entwickeln, die Strom ohne Widerstand und damit ohne Verlust fließen lassen. Die Forschenden fanden heraus, dass in supra­leitenden Kupfer-Sauerstoff-Verbindungen, den Kupraten, auch unter Druck eine ganz bestimmte Verteilung der Ladung zwischen dem Kupfer und dem Sauerstoff vorherr­schen muss. Damit bestätigten sie ihre eigenen Erkennt­nisse aus dem Jahr 2016, als Haase und sein Team eine experimentelle Methode auf der Basis von Magnet­resonanz entwickelt hatten, mit der für die Supraleitung relevante Verän­derungen in der Struktur der Materialien gemessen werden können.

Abb.: Jürgen Haase (li.) und Michael Jurkutat forschen zu Supraleitern. (Bild:...
Abb.: Jürgen Haase (li.) und Michael Jurkutat forschen zu Supraleitern. (Bild: D. Bandur, U. Leipzig)

Sie identifizierten damals weltweit erstmals einen messbaren Material­parameter, der die maximal mögliche Sprung­temperatur voraussagt – eine Voraussetzung, um Supraleitung bei Zimmer­temperatur zu erreichen. Nun haben sie entdeckt, dass Kuprate, die unter Druck die Supraleitung verviel­fachen, der 2016 vorausgesagten Ladungs­verteilung folgen. „Unter Druck kann die Sprung­temperatur von Kupraten vervielfacht werden. Das beschäftigt die Wissenschaft seit dreißig Jahren. Aber bislang unbekannt war, welcher Mechanismus dafür verant­wortlich ist“, erklärt Haase. Er und seine Kollegen aus dem Felix-Bloch-Institut für Festkörper­physik seien nun dem wirk­lichen Mechanismus in diesen Materialien ein großes Stück nähergekommen.

„An der Universität Leipzig wurden durch die Förderung der Graduierten­schule BuildMoNa die grundlegenden Voraus­setzungen auch für die Erforschung der Kuprate mit der Kernresonanz gelegt, und Michel Jurkutat war als Doktorand dabei. Wir haben zusammen die Leipziger Relation aufgestellt, die besagt, dass man dem Sauerstoff in diesen Materialen Elektronen entziehen und sie dem Kupfer geben muss, um die Sprung­temperatur zu erhöhen. Das kann man mit Chemie machen, aber eben auch mit Druck. Dass wir das alles mit Kernresonanz messen können, hätte kaum einer gedacht“, sagt Haase.

Ihr aktuelles Forschungs­ergebnis könnte die Voraus­setzung für die Herstellung eines Supraleiters bei Raum­temperatur sein, was seit Jahrzehnten der Traum vieler Physiker ist und jetzt nach Einschätzung Haases nur noch einige Jahre dauern dürfte. Bisher ist dies nur bei sehr tiefen Temperaturen um minus 150 Grad Celsius und darunter möglich, die nirgends auf der Erde einfach zu finden sind. Vor etwa einem Jahr verifizierte eine kana­dische Forschergruppe mit neu entwickelten, computer­gestützten Rechnungen die Forschungs­ergebnisse der Arbeitsgruppe um Haase von 2016 und untermauerte sie somit theoretisch.

U. Leipzig / JOL

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