Supraleiter auf dem Sprung zu höheren Temperaturen

Widerstand zwecklos

Das Kernfusions-Experiment Wendelstein 7-X, das gerade am MPI für Plasmaphysik in Greifswald entsteht, benutzt 70 supraleitende Spulen, um das Magnetfeld für das Plasma zusammenzuhalten. Bild vergrößern
Das Kernfusions-Experiment Wendelstein 7-X, das gerade am MPI für Plasmaphysik in Greifswald entsteht, benutzt 70 supraleitende Spulen, um das Magnetfeld für das Plasma zusammenzuhalten.

Im Sommer 1911 wurde ein kleines Metallröhrchen mit einer Füllung aus hochreinem Quecksilber auf eine unglaubliche Reise geschickt: in die Region tiefster Temperaturen. Eigentlich bedeutet Reisen ja Bewegung, doch das Röhrchen befand sich in einem Isoliergefäß, und dort auf dem Weg zum Kältepol würden sogar die allgegenwärtigen Wärmebewegungen von Atomen allmählich einfrieren.

Die Reise fand in einem Labor im niederländischen Leiden statt – damals das Mekka der noch jungen Tieftemperaturphysik. Sein Leiter Heike Kamerlingh Onnes hatte kurz zuvor ein internationales Wettrennen spektakulär gewonnen: Dem Leidener gelang 1908 die erste Verflüssigung des Edelgases Helium. Dazu mussten er und seine Mitarbeiter mit ihrer Apparatur eine Temperatur von 4,2 Kelvin erreichen! Noch nie zuvor waren Menschen dem absoluten Nullpunkt (Null Kelvin oder -273,16 Grad Celsius) so nahe gekommen. Das machte Kamerlingh Onnes weltberühmt.

Drei Jahre später war die Reise zum Kältepol für die Leidener „Frigonauten“ zur Routine geworden. Nun erforschten sie, wie sich Materie bei sinkender Temperatur verhält – zum Beispiel, wie Metalle ihren elektrischen Widerstand verändern. Für das erste Experiment wählten sie Quecksilber. Weil es schon bei Zimmertemperatur flüssig ist, lässt es sich relativ leicht reinigen. Und das ist wichtig, denn selbst geringe Spuren von Fremdmaterial hätten die Messungen verfälschen können.

Als das Quecksilber im Röhrchen auf 4,19 Kelvin abgekühlt war, passierte etwas völlig Unerwartetes: Plötzlich verschwand sein elektrischer Widerstand. Anfangs trauten die Physiker diesem Messergebnis nicht so recht. Doch weitere, sorgfältige Experimente räumten ihre Zweifel aus: Sie hatten tatsächlich ein neues physikalisches Phänomen entdeckt. Heike Kamerlingh Onnes taufte es „Supraleitung“. Die Leidener entdeckten weitere Supraleiter wie das Blei. Andere Metalle blieben dagegen auch bei tiefsten Temperaturen elektrisch normal leitend.

Nur langsam dämmerte es der Physiker-Gemeinde, wie bedeutend diese Entdeckung war. 1913 erhielt Kamerlingh Onnes für seine „kalten“ Pionierarbeiten den Nobelpreis für Physik – nicht aber für die Entdeckung der Supraleitung. Ein Jahr später gelang ihm ein Experiment, das tiefere Einblicke in das Phänomen der Supraleitung gewährte. In einer Spule aus supraleitendem Blei startete Kamerlingh Onnes einen Ringstrom und schaltete die Batterie ab. Nun hätte der Strom selbst in einem sehr guten elektrischen Leiter schnell abklingen müssen. Doch in dem kalten Bleidraht kreiste er unbeirrt weiter, ohne messbar schwächer zu werden.

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