Supraleiter auf dem Sprung zu höheren Temperaturen

Wettkampf um Kälterekorde

Abb. B: Ab 1986 ließen die neuen Hochtemperatur-Supraleiter die Rekorde purzeln.<br /><br /> Bild vergrößern
Abb. B: Ab 1986 ließen die neuen Hochtemperatur-Supraleiter die Rekorde purzeln.

Kamerlingh Onnes hatte bereits die Idee, elektrischen Strom durch supraleitende Kabel ohne Verluste über Hunderte von Kilometern zu transportieren. Doch der Pionier wurde schnell enttäuscht. Alle damals bekannten Supraleiter verloren ihre wun­derbare Fähigkeit schon in schwachen Magnetfeldern; von den Magnetfeldern, die die Starkströme der Energietechnik durch ihr Fließen erzeugen, ganz zu schweigen. Hinzu kam: Flüssiges He­lium erfordert eine extrem teure und aufwändige Kältetechnik. Trotz intensiver Suche konnten die Forscher lange kein Materi­al finden, das bei nennenswert höheren Temperaturen supraleitend wird. Bis 1986 hielt die Niob-Germanium-Verbindung Nb3Ge den Rekord — mit mickrigen 23 Kelvin. Immerhin wurden in den 1950er-Jahren Metalllegierungen entdeckt, die auch in starken Magnetfeldern supraleitend blieben. Diese „Typ-I I-Su­praleiter" öffneten das Fenster zur technischen Anwendung. Drähte und Spulen aus ihnen wurden zum Laborstandard. Doch der Weg aus dem Labor heraus in die Energietechnik scheiterte an der immer noch nötigen Ultrakälte.

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.

Weltweit begann eine fieberhafte Suche nach neuen Supralei­tern. Die Temperaturrekorde purzelten, die Medien meldeten sie wie Sportergebnisse (Abb. B). Alle damals entdeckten Materia­lien basierten auf Kupferoxid. Unter diesen „Kupraten" war bald HgBa2Ca2Cu308+x mit 132 Kelvin Rekordhalter, das unter hohem Druck schon bei 164 Kelvin supraleitend wird. Viel später, 2008, wurde eine zweite Klasse von Hochtemperatur-Supraleitern entdeckt: die eisenbasierten Supraleiter. Seit 2020 hält ein Ma­terial mit 250 Kelvin, also nur noch 23 Grad unter dem Nullpunkt, den Rekord. Lanthanhydrid wird aber nur bei einem gewaltigen 1,7-millionenfachen Atmosphärendruck zum Rekordsupraleiter. Das Team um Mikhail Eremets Team am Max-Planck-Institut für Chemie in Mainz verwendete dazu eine Hochdruckzelle aus dem härtesten Material der Welt: Zwischen zwei Diamantstempeln können sie extreme Drücke in einem Volu­men erzeugen, das allerdings viel kleiner als ein Stecknadelkopf ist.

2014 gelang es Andrea Cavalleri, Direktor am Max-Planck-Institut für Struktur und Dy­namik der Materie in Hamburg, mit seiner Gruppe sogar Anzeichen für Supraleitung bei Raumtemperatur zu finden. Dazu be­strahlten sie eine Kuprat-Verbindung mit Pulsen aus starkem Infrarot-Laserlicht. Al­lerdings existiert dieser vielversprechende Zustand immer nur für wenige Pikosekunden. Eine Pikosekunde ist der Millionste Teil einer Millionstel Sekunde und damit so kurz, dass selbst Licht nur etwa ein Drittel Millimeter weit käme.

Der „Heilige Gral", ein bei Raumtemperatur technisch einsetzbarer Supraleiter, ist also noch nicht gefunden. In den Magnetresonanz-Tomografen der Medizin werden nach wie vor klassische Supraleiter eingesetzt, die sehr tiefe Temperaturen benötigen. Kabel aus Hochtemperatur-Supraleitern in Stromnetzen sind noch teuer und selten. Seit 2008 versorgt zum Beispiel ein supraleitendes Kabel 300.000 New Yorker Haushalte auf Long Island, das durch den engen Kabelschacht zur Insel verlegt ist. Bei gleichem Querschnitt kann es viel stärkere Ströme trans­portieren als herkömmliche Kabel.

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