US-Wissenschaftler knacken Supraleiter-Code - Null-Energieverlust rückt näher an die Realität

US-Wissenschaftler knacken Supraleiter-Code - Null-Energieverlust rückt näher an die Realität

Verfasst von Prabhat Ranjan Mishra über Interesting Engineering,

Forscher in den Vereinigten Staaten haben die Geheimnisse von Hochtemperatursupraleitern entschlüsselt.
Kleine Unterschiede in der Anordnung der Atome in einem Kristallgitter können die Supraleitung stark beeinflussen. (Repräsentatives Bild) Wildpixel/Charles

Forscher am Argonne National Laboratory des US-Energieministeriums (DOE) haben entdeckt, wie winzige Änderungen in der Superhydrid-Struktur Supraleitung bei nahe Raumtemperatur aber extremem Druck ermöglichen - und bieten Hinweise für die Entwicklung praktischerer Supraleiter.

"Diese Experimente zeigen, was die aufgerüstete APS leisten kann. Wir können jetzt atomare Strukturen mit beispielloser Detailgenauigkeit in Materialien unter extremem Druck untersuchen", sagte Maddury Somayazulu, Physiker am Argonne.

Supraleiter ermöglichen den Stromfluss ohne Widerstand

Forscher enthüllten, dass Supraleiter den Stromfluss ohne Widerstand ermöglichen, was bedeutet, dass keine Energie als Wärme verloren geht. Diese Eigenschaft macht sie nützlich für Technologien wie MRT-Geräte, Teilchenbeschleuniger, magnetisch schwebende Züge und einige Stromübertragungssysteme.

Sie betonten auch, dass die meisten Supraleiter jedoch nur bei extrem niedrigen Temperaturen funktionieren - oft Hunderte von Grad unter Null Fahrenheit. Materialien so kalt zu halten erfordert komplexe und kostspielige Kühlsysteme, was die Einsatzmöglichkeiten der Supraleiter einschränkt.

Jetzt haben Forscher in den USA dazu beigetragen, diese Einschränkung zu verringern. Sie haben neue Erkenntnisse über eine Klasse von Materialien gewonnen, die als Superhydride bezeichnet werden und bei viel höheren Temperaturen - etwa 10 Grad Fahrenheit - supraleitend werden können.

In der neuen Studie erforschten Hemley und seine Kollegen, ob eine Änderung der Materialchemie den für Supraleitung benötigten Druck senken könnte. Sie fügten eine kleine Menge Yttrium zum Lanthan-Superhydrid hinzu, um es stabiler zu machen und den benötigten Druck zu reduzieren.

"Um diese extremen Drücke zu erreichen, haben wir eine winzige Probe zwischen zwei Diamanten zusammengedrückt", sagte Maddury Somayazulu, Physiker am APS. Das Diamant-Anpressgerät des Teams kann Drücke von bis zu fünf Millionen Atmosphären erzeugen.

Supraleitendes Material bei hohem Druck und hoher Temperatur bilden

Nachdem das supraleitende Material bei hohem Druck und hoher Temperatur gebildet wurde, nutzte das Team hochenergetische Röntgenstrahlen vom APS, um seine Struktur zu untersuchen (an den Strahlleitungen 16-ID-B und 13-ID-D).

"Wir fokussierten einen intensiven Röntgenstrahl auf eine Probe, die nur wenige Mikrometer dick und etwa zehn bis zwanzig Mikrometer breit war", sagte Vitali Prakapenka, Strahlleitungs-Wissenschaftler und Forschungsprofessor an der University of Chicago. Ein Mikrometer ist etwa 1/70 der Breite eines menschlichen Haares.

Das jüngste APS-Upgrade machte diese Messungen möglich. Sein hellerer, stärker fokussierter Röntgenstrahl ermöglichte es den Forschern, extrem kleine Proben zu untersuchen und dabei den Druck zu ändern, so eine Pressemitteilung.

"Dieser Strahl ermöglichte es uns, Signale, die von der winzigen Probe selbst kamen, von denen zu trennen, die von den umgebenden Materialien und Diamant-Anpressern kamen", sagte Prakapenka.

Das Team fand heraus, dass kleine Unterschiede in der Anordnung der Atome in einem Kristallgitter die Supraleitung stark beeinflussen können. Sie identifizierten zwei verschiedene Kristallstrukturen, von denen jede bei einer leicht unterschiedlichen Temperatur supraleitend wurde, so die Pressemitteilung.

"Diese Experimente zeigen, was die aufgerüstete APS leisten kann", sagte Somayazulu.
"Wir können jetzt atomare Strukturen mit beispielloser Detailgenauigkeit in Materialien unter extremem Druck untersuchen."

Forscher betonten auch, dass die in den Experimenten verwendeten Drücke immer noch sehr hoch sind - etwa 1,4 Millionen Mal atmosphärischer Druck -, die Forscher dies jedoch als Teil eines längeren Weges nach vorne sehen. Sie fügen weitere Elemente hinzu, um den Druck weiter zu senken, mit dem Ziel, diese Materialien praktikabel zu machen.

Tyler Durden
Di, 04.07.2026 - 22:35