Wettkampf um Kälterekorde

Ab 1986 ließen die neuen Hochtemperatur-Supraleiter die Rekorde purzeln.

Die nächste Revolution bahnte sich im Stillen an. Im Züricher IBM-Forschungslaboratorium starteten Alex Müller und Johann Georg Bednorz Anfang der 1980er-Jahre ein ungewöhnliches Forschungsprogramm. Sie untersuchten die Oxide verschiedener Metalle auf mögliche Supraleitung. Das war ziemlich unkonventionell, weil solche keramischen Oxide bei Zimmertemperatur allenfalls nur sehr schwach elektrisch leiten – wenn überhaupt. Doch die beiden hatten den richtigen Riecher. 1986 wurde ein Oxid aus Barium, Lanthan und Kupfer bei sensationellen 35 Kelvin supraleitend. Sehr schnell zeichnete sich ab, dass Müller und Bednorz eine völlig neue Klasse von Hochtemperatur-Supraleitern entdeckt hatten. Bereits im Jahr darauf erhielten sie dafür den Nobelpreis in Physik.

Dieser unerwartete Fund löste weltweit eine fieberhafte Suche nach neuen Supraleitern aus. Die Temperaturrekorde purzelten nur so; Zeitungen und TV-Nachrichten meldeten sie schon wie Sportergebnisse. Am 16. März 1987 trafen sich die führenden Tieftemperaturphysiker in New York zu einer Konferenz, die später als „Woodstock der Physik“ legendär wurde. „Physik-Olympiade“ wäre allerdings zutreffender, denn Paul Chu bestieg dort mit einer fantastischen Leistung das Siegertreppchen: sagenhafte 92 Kelvin hatte seine Gruppe von der Universität Houston mit einer Verbindung aus Yttrium, Barium und Kupferoxid erreicht.

Heute hat HgBa₂Ca₂Cu₃O₈ den Rekord auf 132 Kelvin hoch geschraubt. Diese Verbindung wird unter hohem Druck sogar schon bei 164 Kelvin supraleitend. Die Hochtemperatur-Supraleiter hatten also endlich eine entscheidende Hürde für technische Anwendungen überschritten. Sie benötigten zur Kühlung nur noch Stickstoff, der bei 77 Kelvin flüssig wird. Er ist um den Faktor 100 billiger und viel besser zu handhaben als flüssiges Helium. Zudem erwiesen sich die keramischen Supraleiter als unempfindlich gegen starke Magnetfelder.

Doch der Euphorie folgte abermals Ernüchterung. Die neuen Hochtemperatur-Supraleiter waren ein sprödes Material, und die üblichen Herstellungsverfahren produzierten ein Konglomerat aus vielen feinen Körnchen. Das ließ sich nur schwer zu flexiblen Kabeln verarbeiten. Außerdem offenbarten die neuen Supraleiter eine weitere Eigenheit: Die Körnchen leiten hohe elektrische Ströme nur in zwei Dimensionen verlustfrei, in der dritten jedoch nicht. Also muss der Strom in einem Kabel nicht nur von Körnchen zu Körnchen „springen“, sondern in jedem auch noch eine andere Richtung einschlagen. Dieser Hindernislauf drohte die Vorteile der Supraleitung wieder aufzufressen.

Rund zwei Jahrzehnte nach der Entdeckung der Hochtemperatur-Supraleiter hat die Industrie die wesentlichen Materialprobleme jedoch überwunden. Heute steht die Chance sehr gut, dass die Supraleitung zur Alltagstechnik wird. In Kopenhagen beweist das schon ein Pilotprojekt der Europäischen Union: Dort versorgt ein Stromnetz, das streckenweise supraleitende Kabel verwendet, bereits 50.000 Haushalte. Nächstes Jahr soll ein ähnliches Netz auf Long Island 300.000 New Yorker Haushalte bedienen.