Geschichte

Sprungtemperaturen einiger Supraleiter

Bildbeschreibung:
Die Sprungtemperaturen einiger Supraleiter. Besonders interessant sind Supraleiter mit Sprungtemperaturen oberhalb der Siedetemperatur von flüssigem Stickstoff (77 Kelvin), da sie durch Kühlung mit flüssigem Stickstoff im supraleitenden Zustand gehalten werden können. (K. F. Renk, Universität Regensburg)

Kamerlingh Onnes hatte beobachtet, dass Quecksilber bei Abkühlung auf Temperaturen unterhalb von 4 Kelvin, also bei ungefähr -270 °C , den elektrischen Strom völlig verlustlos und ohne sich dabei zu erwärmen leitet. Bei den "normalen" Supraleitern liegt diese Sprungtemperatur bei einigen Grad Kelvin. Bereits zu jener Zeit hatten die Physiker technische Anwendungen der Supraleitung, vor allem zur Erzeugung von hohen Magnetfeldern, im Blick. Deshalb war die Suche nach Materialien mit höheren Sprungtemperaturen von Anfang an ein wichtiger Aspekt der Materialforschung in der Metallphysik (s. Abb. 1). Lange Zeit schien es jedoch unmöglich, über die Sprungtemperatur von Niobgermanium, die bei ungefähr 23 Kelvin liegt, hinaus zu gelangen.

Völlig überraschend fanden jedoch Georg Bednorz und Alex Müller im Jahre 1986 eine Verbindung aus Lanthan, Strontium, Kupfer und Sauerstoff, die bei einer wesentlich höheren Sprungtemperatur supraleitend wird. Mit dieser Entdeckung, die 1987 mit dem Nobelpreis ausgezeichnet wurde, öffneten die beiden Forscher neue Wege auf der Suche nach Materialien mit noch höheren Sprungtemperaturen. 1987 wurde Yttriumkuprat, eine Verbindung aus Yttrium, Barium, Kupfer und Sauerstoff, mit einer Sprungtemperatur von 90 Kelvin gefunden. 1988 folgten die Wismutkuprate, Verbindungen aus Wismut, Strontium, Kalzium, Kupfer und Sauerstoff, mit Sprungtemperaturen um 125 Kelvin und 1993 Quecksilberkuprat mit 155 Kelvin.

Weil diese Substanzen so hohe Sprungtemperaturen besitzen, können sie durch Kühlung mit flüssigem Stickstoff (Siedetemperatur 77 K oder -196 °C ) statt mit Helium supraleitend gemacht werden. Dadurch wird die praktische Anwendung dieser Hochtemperatursupraleiter sehr viel wirtschaftlicher, denn im Gegensatz zu Helium wird flüssiger Stickstoff in vielen Bereichen der Industrie eingesetzt.

Die Hauptanwendung der Supraleiter sind seit 1960 supraleitende Magnetspulen für die naturwissenschaftliche Forschung. Solche Spulen finden sich in den Kernspintomographen, die seit einigen Jahren in der medizinischen Diagnostik eingesetzt werden. Zur Zeit werden empfindliche Magnetometer, die die neuen Supraleiter enthalten, in die medizinische Diagnostik eingeführt. Damit können auch kleinste Magnetfelder, wie sie in der Hirn- und der Herzdiagnose auftreten, gemessen werden.