Deutsche und US-Forscher haben den Weltrekord bei der Hochtemperatur-Supraleitung (HTSL) drastisch verbessert. Das neue Material wird bereits bei einer Temperatur von minus 23 Grad Celsius supraleitend, das heißt, es setzt durchfließendem Strom keinen Eiderstand entgegen. Das wiederum bedeutet, dass es beim Stromtransport keine Verluste gibt, sodass weniger produziert wird. Gleichzeitig sinken die Emissionen. Der bisherige Rekord liegt bei minus 73 Grad Celsius.


Bild: Drozdov et al/ University of Chicago

Mainzer Forscher waren beteiligt

Doch so weit ist es noch nicht. Das liegt daran, dass das so genannte Lanthan-Superhydrid, eine Verbindung des Seltenerdmetalls Lanthan mit Wasserstoff, seine supraleitenden Eigenschaften erst bei extremem Druck zeigt. Entwickelt wurde es von Wissenschaftlern des Max-Planck-Instituts für Chemie in Mainz und des Argonne National Laboratory (ANL) in Lemont im US-Bundesstaat Illinois, das zur University of Chicago gehört.


Vitali Prakapenka, Professor am ANL, und sein wissenschaftlicher Mitarbeiter Eran Greenberg halten diese Entwicklung dennoch für einen bedeutenden Schritt hin zur Supraleitung bei Raumtemperatur. Bisher eingesetzte Supraleiter müssen auf weniger als 200 Grad Celsius gekühlt werden. Materialien, die bei dieser Temperatur Strom verlustfrei leiten, sind bisher die einzigen, aus denen es gelingt, lange Leitungen herzustellen, die genutzt werden können, um beispielsweise die Wicklungen für Elektromotoren herzustellen. Die Verbindungen, die höhere Temperaturen erlauben, sind bisher noch zu spröde.

Kühlung frisst einen Teil der Einsparungen auf

Das Traumziel, HTSL bei Zimmertemperatur zu erreichen, hätte weitreichende Folgen. Um Strom verlustfrei zu transportieren wäre keine aufwändige Kühlung mehr nötig. In der Praxis sind das minus 240 Grad. In medizinischen Geräten wie Kernspintomographen, die mit klassischen Supraleitern arbeiten, sind es sogar minus 269 Grad. Hier kommt es allerdings weniger auf die Reduzierung von Verlusten an. Die in diesen Geräten benötigten gewaltigen Magnetfelder lassen sich anders nicht erreichen. Wenn es dagegen um den Stromtransport über große Entfernungen geht wird der Vorteil der Verlustfreiheit durch den hohen Energiebedarf für die Kühlung teilweise wieder aufgefressen.

Bombardement mit Röntgenstrahlen

Die ANL-Forscher fanden die Struktur des Materials mit Hilfe der extrem scharfen und hellen Röntgenquelle an diesem Institut heraus. Dazu klemmten sie eine winzige Menge des Materials zwischen zwei Diamanten ein wie in einen Schraubstock. Bei einem Druck, der 1,5 Millionen Mal höher ist als der Luftdruck auf Meereshöhe, zeigte das Material supraleitende Eigenschaften. Gleichzeitig setzten die Forscher es einem Röntgenstrahl-Bombardement aus, das die überraschend geordnete Struktur sichtbar machte. Darauf aufbauend arbeiten Prakapenka und sein Team jetzt daran, den HTSL-Effekt bei geringeren Drücken zu erzielen.

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