Supraleitung: Diese seltsame Beobachtung stellt die Wissenschaft auf den Kopf

Ein seltsamer Tanz spielt sich im Verborgenen der supraleitenden Materialien ab. Forscher haben dort unerwartete Elektronenpaare beobachtet.

Die Ergebnisse stellen das bisherige Wissen über die zur Supraleitung notwendige Temperatur in Frage. Eine Entdeckung, die die Situation verändern könnte.


In einer aktuellen Studie hat ein internationales Team die Bildung von Elektronenpaaren in einem Kuprat, einem kupferbasierten Material, bei viel höheren Temperaturen als bisher gedacht, nachgewiesen. Diese Elektronenpaare treten normalerweise bei sehr niedrigen Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt (unter -240°C) auf, während sie hier bei -123°C aufgetreten sind.

Traditionell müssen Supraleiter auf extreme Temperaturen abgekühlt werden, damit sich Elektronen paaren können, was ihnen ermöglicht, Elektrizität ohne Widerstand zu leiten. Doch Kuprate verhalten sich anders und überraschend.

Forscher haben ein Phänomen beobachtet, bei dem die Elektronen zwar gepaart, aber noch nicht koordiniert waren. Diese neue Erkenntnis wurde in einer Kupratprobe gemacht, die ultraviolettem Licht ausgesetzt war. In Reaktion darauf zeigten die Elektronen des Materials einen ungewöhnlichen Widerstand gegen ihre Ausstoßung.

Die gekoppelten Elektronen im Kuprat schienen in einer Art "Pause" gefangen zu sein, bildeten Paare, erreichten aber nicht den Synchronisationszustand, der für die Supraleitung notwendig ist. Die Temperatur, bei der dieses Phänomen beobachtet wurde, überstieg deutlich die normalerweise erforderliche.


Professor Zhi-Xun Shen von der Stanford Universität hofft, dass diese Entdeckungen die Entwicklung von supraleitenden Materialien ermöglichen, die bei höheren Temperaturen funktionieren. Seiner Ansicht nach könnte dies der erste Schritt zu noch bedeutenderen Fortschritten sein.

Das Forscherteam plant, seine Arbeit fortzusetzen, indem es untersucht, wie dieses Phänomen der inkohärenten Paarbildung manipuliert werden kann, um diese Elektronenpaare zur Synchronisation zu bringen. Diese Synchronisation könnte tatsächlich den Weg zur Entwicklung leistungsfähigerer Supraleiter ebnen.

Sollten diese Materialien bei zugänglicheren Temperaturen funktional werden, könnten sie zahlreiche Sektoren revolutionieren, von der Quanteninformatik bis hin zu den Transportmitteln. Eine wissenschaftliche und technologische Revolution ist vielleicht bereits im Gange.

Was ist Supraleitung?

Supraleitung ist ein Phänomen, das in bestimmten Materialien bei sehr niedrigen Temperaturen auftritt, bei denen sie jeglichen elektrischen Widerstand verlieren. In der Supraleitung fließt der elektrische Strom verlustfrei, im Gegensatz zu konventionellen Leitern, bei denen Energie in Form von Wärme dissipiert wird.

Die Elektronen in einem Supraleiter bilden sogenannte "Cooper-Paare", die sich synchronisiert durch das Material bewegen. Diese Synchronisation ermöglicht es dem Strom, ohne Hindernisse oder Reibung zu fließen. Damit sich diese Eigenschaft zeigt, müssen die Temperaturen in der Regel nahe dem absoluten Nullpunkt liegen.