Ein Supraleiter lässt Strom perfekt durch, ohne etwas davon zu verlieren.
Jetzt haben Wissenschaftler ein supraleitendes Material entdeckt, das bei einer möglicherweise rekordverdächtigen hohen Temperatur arbeitet und dem Ziel, eine solche Perfektion bei Raumtemperatur zu erreichen, einen Schritt näher kommt.
Machen Sie die Dinge kalt genug, und Elektronen rasen durch Metalle, ohne Widerstand zu erzeugen, sich zu erwärmen oder zu verlangsamen. Dieses als Supraleitung bekannte Phänomen hat sich jedoch historisch nur bei extrem kalten Temperaturen bewährt, die nur ein kleines bisschen über dem absoluten Nullpunkt liegen. Das hat sie für Anwendungen wie extrem effiziente elektrische Verkabelung oder unglaublich schnelle Supercomputer unbrauchbar gemacht. In den letzten Jahrzehnten haben Wissenschaftler neuere supraleitende Materialien entwickelt, die bei immer höheren Temperaturen arbeiten.
In der neuen Studie kam eine Gruppe von Forschern ihrem Ziel noch näher, indem sie ein Material herstellten, das bei minus 23 Grad Celsius supraleitend ist - eine der höchsten jemals beobachteten Temperaturen.
Das Team untersuchte eine Klasse von Materialien, die als supraleitende Hydride bezeichnet werden und deren theoretische Berechnungen voraussagten, dass sie bei höheren Temperaturen supraleitend sind. Um diese Materialien herzustellen, verwendeten sie eine kleine Vorrichtung, die als Diamantambosszelle bezeichnet wird und aus zwei kleinen Diamanten besteht, die Materialien auf extrem hohe Drücke komprimieren.
Sie legten eine winzige - ein paar Mikrometer lange - Probe eines weichen, weißlichen Metalls namens Lanthan in ein Loch, das in eine dünne Metallfolie gestanzt war, die mit flüssigem Wasserstoff gefüllt war. Der Aufbau wurde an dünne elektrische Drähte angeschlossen. Das Gerät drückte die Probe auf einen Druck zwischen 150 und 170 Gigapascal, was laut Aussage dem 1,5-fachen des Drucks auf Meereshöhe entspricht. Anschließend verwendeten sie Röntgenstrahlen, um die Struktur zu untersuchen.
Bei diesem hohen Druck verbinden sich Lanthan und Wasserstoff zu Lanthanhydrid.
Die Forscher fanden heraus, dass Lanthanhydrid bei minus 23 ° F (minus 23 ° F) zwei von drei Eigenschaften der Supraleitung aufweist. Das Material zeigte keinen Widerstand gegen Elektrizität und seine Temperatur fiel ab, wenn ein Magnetfeld angelegt wurde. Das dritte Kriterium, die Fähigkeit, Magnetfelder beim Abkühlen auszutreiben, wurde nicht eingehalten, da die Probe laut einem begleitenden Artikel von News and Views in derselben Ausgabe der Zeitschrift Nature zu klein war.
"Aus wissenschaftlicher Sicht deuten diese Ergebnisse darauf hin, dass wir möglicherweise von der Entdeckung von Supraleitern durch empirische Regeln, Intuition oder Glück zu konkreten theoretischen Vorhersagen übergehen", so James Hamlin, Associate Professor für Physik an der University of Florida war kein Teil der Studie, schrieb im Kommentar.
In der Tat berichtete eine Gruppe bereits im Januar in der Zeitschrift Physical Review Letters über ähnliche Ergebnisse. Diese Forscher fanden heraus, dass Lanthanhydrid bei einer noch höheren Temperatur von 7 ° C supraleitend sein kann, solange die Probe höheren Drücken ausgesetzt wird - etwa 180 bis 200 Gigapascal.
Diese neue Gruppe fand jedoch etwas ganz anderes: Bei diesen hohen Drücken nimmt die Temperatur, bei der das Material Supraleitung zeigt, abrupt ab.
Der Grund für die Diskrepanz in den Befunden ist unklar. "In solchen Fällen sind mehr Experimente, Daten und unabhängige Studien erforderlich", sagte der leitende Autor Mikhail Eremets, ein Forscher für Hochdruckchemie und -physik am Max-Planck-Institut für Chemie in Deutschland, gegenüber Live Science. "Jetzt können wir nur noch diskutieren."
Das Team plant nun, den Druck zu reduzieren und die Temperatur zu erhöhen, die zur Herstellung dieser supraleitenden Materialien erforderlich ist. Darüber hinaus suchen die Forscher weiterhin nach neuen Verbindungen, die bei hohen Temperaturen supraleitend sein könnten.
Die Gruppe veröffentlichte ihre Ergebnisse gestern (22. Mai) in der Zeitschrift Nature.
