Seltsamer Supraleiter: Starker Druck führt zu höherer Sprungtemperatur

Gaithersburg (USA)/Beijing (China) - Erst vor vier Jahren entdeckten japanische Physiker eine neue Supraleiter-Klasse, die wesentliche Anteile an Eisen enthält. Genau diese Verbindungen halten nun eine neue Überraschung bereit: Unter sehr hohen Drücken springen sie bei verblüffend hohen Temperaturen von etwa minus 225 Grad Celsius in den supraleitenden Zustand, der einen widerstandlosen Stromtransport erlaubt. Entdeckt wurde dieses Verhalten von einer Arbeitsgruppe aus Wissenschaftlern von Instituten in China und den USA, die ihre Ergebnisse in der Zeitschrift „Nature“ präsentieren.

kreisrunder Querschnitt der Probe, an zwei Stellen sind die runden Diamantstempel zu sehen, die von den Spulen umgeben sind.
Probe des eisenhaltigen Supraleiters

„Die Rückkehr der Supraleitung bei Eisen-Chalkogeniden unter hohen Drücken überraschte uns sehr“, sagt Liling Sun von der Chinesischen Akademie der Wissenschaften in Beijing. So zeigte eine Probe des Eisen-Chalkogenids – einer kristallinen Verbindung aus Eisen, Selen, Rubidium und weiteren Elementen – ohne Druck eine Sprungtemperatur bei minus 240 Grad Celsius. Zusammengedrückt in einer Diamantdruckzelle brach diese Supraleitung bei etwa neun Gigapascal - das entspricht 90.000 Atmosphären – zusammen. Noch stärker gepresst auf etwa 13 Gigapascal allerdings zeigte das Material wieder supraleitende Eigenschaften. Die Sprungtemperatur lag zudem um etwa 15 Grad höher als bei Normaldruck.

Erst misstrauten Sun und seine Kollegen aus Gaithersburg, Argonne und Shanghai diesen überraschenden Messwerten. Denn bisher konnte bei den eisenhaltigen Supraleitern kein zweiter, zudem noch „wärmerer“ Supraleitungszustand beobachtet werden. Doch zahlreiche Wiederholungen des Versuchs, auch mit Proben, die eine leicht veränderte Zusammensetzung aufwiesen, bestätigten das verblüffende Verhalten.

Eine Erklärung für dieses Phänomen können Sun und Kollegen bisher noch nicht liefern. Doch es liegt nahe, dass unter dem hohen Druck Veränderungen im Kristallaufbau des Materials auftreten, die die Ausbildung eines supraleitenden Zustands unterstützen. Um diese Frage zu klären, planen die Physiker nun weitere Druckversuche, bei denen parallel über die Streuung von Neutronen die Struktur des Supraleiters genau analysiert werden kann.