⚡ Dank KI: Entdeckung von Raumtemperatur-Supraleitern?

Die Supraleiter, die Elektrizität ohne Verluste leiten können, sind unverzichtbar für Quantencomputer, MRTs oder Magnetschwebebahnen. Aber diese Materialien funktionieren nur bei extrem niedrigen Temperaturen, was ihre Nutzung einschränkt. Einen bei Raumtemperatur funktionsfähigen Supraleiter zu finden, gilt als der Heilige Gral der modernen Physik.

Ein internationales Wissenschaftlerteam hat nun einen entscheidenden Schritt in dieser Suche gemacht. Durch die Kombination von künstlicher Intelligenz mit fortgeschrittenen Quantenphysik-Berechnungen haben sie eine Methode entwickelt, die es ermöglicht, Milliarden von Materialkombinationen zu durchforsten, um die vielversprechendsten zu identifizieren.

Ihr Ansatz hat bereits Früchte getragen: Es wurden zwei neue Supraleiter entdeckt, die YRu3B2 und LuRu3B2 genannt werden. Diese Materialien verdanken ihre Eigenschaften einer besonderen geometrischen Struktur, dem sogenannten Kagome-Gitter, das seinen Namen von einem japanischen Flechtmuster hat.


Die größte Schwierigkeit bei der Suche nach Supraleitern liegt in der nahezu unendlichen Anzahl möglicher Legierungen. Von den etwa 7.000 bereits als Supraleiter identifizierten Materialien wurden die meisten zufällig entdeckt. Die theoretischen Berechnungen zur Vorhersage, ob eine Verbindung supraleitend werden kann, sind so aufwendig, dass sie nur für etwa zwanzig von ihnen durchgeführt wurden. Die neue Strategie des SuperC-Konsortiums ändert das: Ein Algorithmus des maschinellen Lernens wählt vorab die vielversprechendsten Kandidaten aus, bevor die detaillierten Quantenberechnungen durchgeführt werden, was Zeit und Ressourcen erheblich reduziert.

Professor Päivi Törmä, Leiterin der Zusammenarbeit, erklärt, dass diese Methode die Entdeckung neuer Materialien dramatisch beschleunigen könnte. Mit maschinellem Lernen wird es möglich, Milliarden von chemischen Kombinationen zu verarbeiten, während klassische Ansätze bei einigen Hundert stagnierten. Die Forscher konnten sich so auf die vielversprechendsten Strukturen konzentrieren, wie das Kagome-Gitter, in dem Elektronen „flache Bänder“ bilden, die das Auftreten von Supraleitung begünstigen.

Nachdem die theoretischen Vorhersagen erstellt waren, synthetisierte das Team der Rice University unter der Leitung von Professorin Emilia Morosan die beiden neuen Materialien im Labor. Tests bestätigten, dass sie tatsächlich supraleitend waren, was die Methode validierte. Dieser als Proof of Concept geltende Erfolg, veröffentlicht in der Zeitschrift Physical Review Research, ebnet den Weg für eine viel systematischere und schnellere Suche nach Supraleitern.

Das ultimative Ziel bleibt die Entdeckung eines bei Raumtemperatur funktionierenden Supraleiters. Ein solches Material könnte die Speicherung und den Transport von Elektrizität revolutionieren und den weltweiten Energieverbrauch durch die Beseitigung von Verlusten erheblich senken. Das 2023 gegründete SuperC-Konsortium hat sich zum Ziel gesetzt, dies bis 2033 zu erreichen. Dank der Verbindung von künstlicher Intelligenz und Quantenphysik könnte diese Suche früher als erwartet erfolgreich sein.