Nicht nur vielseitig, sondern auch wechselhaft

News: Nicht nur vielseitig, sondern auch wechselhaft

Fullerene, diese fußballförmigen Kohlenstoffgebilde, sind unglaublich vielseitig. Das Lieblingsspielzeug der Wissenschaftler zeigte jetzt noch eine weitere interessante, bisher unbekannte Eigenschaft. Die Kohlenstoffkugeln können nicht nur unter den geeigneten Voraussetzungen ohne jeglichen elektrischen Widerstand Strom leiten, sondern diese Supraleitfähigkeit auch auf einen elektronischen Befehl hin an- oder abschalten. Durch den Trick könnten sie eines Tages als schnelle elektrische Schalter dienen.

Bei den 1985 entdeckten Fullerenen handelt es sich um Gitter aus 60, 70 oder mehr Kohlenstoffatomen, die eine Reihe ungewöhnlicher elektrischer Eigenschaften besitzen und in ihrem Innern verschiedene Moleküle einschließen können. Wissenschaftlern war bereits bekannt, dass Kristalle aus diesen Kohlenstoffgittern auch zu Supraleitern werden können – zumindest, wenn man sie mit ein paar Metallatomen pro Kugel verstärkt. Die Fremdatome stellen Elektronen bereit und ermöglichen den "Buckyballs" somit, elektrischen Strom genau wie Metalle zu leiten. Bei Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt zeigt die Mischung sogar Supraleitfähigkeit.

Nun haben sich Wissenschaftler einen neuen Trick für die Kohlenstoffkugeln ausgedacht: Sie können die Supraleitfähigkeit der Gebilde ein- und ausschalten. Der Physiker Bertram Batlogg von Lucent Technologies in Murray Hill, New Jersey, und seine Kollegen befestigten ein winziges, nur einige Millimeter langes Kristallscheibchen aus reinen Fullerenen an zwei Elektroden und setzten es unter Strom. Sie entdeckten, dass sie den Strom durch Anlegen von Spannung an einer dritten Elektrode kontrollieren konnten. Diese dritte Elektrode ist dabei durch eine isolierende Schicht aus Aluminiumoxid von dem Kristallscheibchen getrennt. Als die Forscher die Vorrichtung auf elf Grad über den absoluten Nullpunkt abkühlten und 200 Volt an die dritte Elektrode – die so genannte Basis – anlegten, wurde der Kristall zum Supraleiter.

Offenbar speist die Basiselektrode zeitweise Elektronen aus dem Kristallkörper in eine dünne an das Aluminiumoxid angrenzende Fullerenschicht ein. Diese "frisierten" Moleküle zeigten dann Supraleitfähigkeit, erklärt der Physiker George Sawatzky von der University of Groningen in den Niederlanden. Robert Haddon, einer der beteiligten Wissenschaftler von der University of Kentucky in Lexington, spekuliert, dass ein solcher Schalter elektronische Bauteile eines Tages enorm schneller machen könnte – vorausgesetzt, jemand entschlüsselt, wie sie auch bei höheren Temperaturen funktionieren.

Siehe auch

Spektrum Ticker vom 10.7.1998
"Dünner geht es nimmer"
Spektrum Ticker vom 21.3.2000
"Päckchen aus dem All"
(nur für Ticker-Abonnenten zugänglich)
Spektrum Ticker vom 19.11.1999
"Winzige Supraleiter"
(nur für Ticker-Abonnenten zugänglich)
Spektrum der Wissenschaft 12/96, Seite 18
"Nobelpreis für Chemie – Kohlenstoff in Fußballform"
(nur für Heft-Abonnenten online zugänglich)