Ein Team von Physikern an der Universität Houston hat einen bahnbrechenden Durchbruch in der Supraleitungsforschung erzielt und elektrischen Widerstand von null in einem neuartigen Material bei der höchsten jemals unter normalem Atmosphärendruck gemessenen Temperatur nachgewiesen. Die in der Fachzeitschrift Nature veröffentlichte Entdeckung stellt einen bedeutenden Schritt auf dem Weg zur lang ersehnten Supraleitung bei Raumtemperatur dar, die Energieübertragung, Informatik und Transportwesen grundlegend verändern könnte.
Die Forscher entwickelten eine neue Verbindung auf Basis einer modifizierten Kupferoxid-Gitterstruktur, angereichert mit Seltenerd-Elementen. Unter standardmäßigem Atmosphärendruck von etwa einer Atmosphäre zeigte das Material supraleitende Eigenschaften bei einer Temperatur, die alle bisherigen Rekorde für Supraleiter unter Umgebungsdruck übertrifft. Die Universität bestätigte, dass dieser Wert den früheren Rekord der kupratbasierten Supraleiter aus den frühen 2000er Jahren deutlich übersteigt.
Supraleitung, das Phänomen, bei dem ein Material Strom ohne jeglichen Widerstand leitet, fasziniert Wissenschaftler seit ihrer Entdeckung im Jahr 1911. Herkömmliche Supraleiter erfordern eine Kühlung auf extrem niedrige Temperaturen mit flüssigem Helium oder Stickstoff, was praktische Anwendungen im großen Maßstab äußerst kostspielig gestaltet. Der Durchbruch des Teams aus Houston beseitigt die Notwendigkeit extremer Druckbedingungen, die frühere Behauptungen zur Hochtemperatur-Supraleitung belasteten, insbesondere die umstrittenen Ergebnisse der Universität Rochester aus dem Jahr 2023, die später zurückgezogen werden mussten.
Dr. Liangzi Deng, der leitende Forscher des Projekts, erläuterte, dass die entscheidende Innovation in einer proprietären Kristallzüchtungstechnik liegt, die einen ungewöhnlich stabilen Elektronenpaarungsmechanismus innerhalb des Materials erzeugt. Dieser Ansatz ermöglicht es Cooper-Paaren, den gepaarten Elektronen, die für die Supraleitung verantwortlich sind, sich bei deutlich höheren Temperaturen zu bilden und zu bestehen als bisher für möglich gehalten. Das Team investierte fast vier Jahre in die Verfeinerung des Syntheseprozesses, bevor reproduzierbare Ergebnisse gelangen.
Die Auswirkungen dieser Entdeckung reichen weit über das Labor hinaus. Wenn sich das Material im industriellen Maßstab herstellen lässt, hat es das Potenzial, die globale Energieinfrastruktur zu transformieren, indem es verlustfreie Stromübertragung über große Entfernungen ermöglicht. Derzeit gehen etwa fünf bis zehn Prozent der weltweit erzeugten Elektrizität als Wärme bei der Übertragung durch herkömmliche Kupfer- und Aluminiumleitungen verloren. Supraleitende Kabel haben die Fähigkeit, diese Verluste vollständig zu eliminieren und jährlich Milliarden von Dollar einzusparen.
Über die Energieübertragung hinaus bietet der Durchbruch vielversprechende Perspektiven für Quantencomputing, Magnetschwebetransportsysteme und fortschrittliche medizinische Bildgebungsgeräte. Supraleitende Magnete sind bereits wesentliche Bestandteile von MRT-Geräten und Teilchenbeschleunigern, doch aktuelle Versionen benötigen eine ständige Kühlung mit teuren kryogenen Systemen. Ein Supraleiter mit höherer Betriebstemperatur unter Normaldruck hat das Potenzial, die Kosten und Komplexität dieser Technologien drastisch zu senken und sie für Krankenhäuser und Forschungseinrichtungen in Entwicklungsländern zugänglich zu machen.
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