News: Supraleitender Erfolgsdruck
Stiege der Luftdruck auf der Erde auf das Millionenfache an, wir wären geplättet. Denn Wasserstoff würde auf einmal ein Metall und vielleicht sogar bei Raumtemperatur supraleitend. Das jedenfalls deuten Experimente japanischer Forscher an.
© Katsuya Shimizu, Osaka University (Ausschnitt)
Supraleitung verheißt Stromtransport ohne Energieverluste. Aber leider tritt der Effekt erst bei subarktischen Temperaturen auf. Daher bemühen sich Forscher auf der ganzen Welt schon seit langem die Latte für die Supraleitung – die Sprungtemperatur – immer näher in Richtung Raumtemperatur zu schieben. Und manchmal setzen sie geeignete Kandidaten dazu ganz schön unter Druck.
Genau das taten Katsuya Shimizu und seine Kollegen von der Osaka University und der University of Tokyo mit Lithium – dem leichtesten metallischen Element. Sie setzten das Metall in einer Diamant-Stempel-Zelle einem enormen Druck von mehr als 300 000 Atmosphären - oder 30 Gigapascal - aus. Theorien sagen voraus, dass in diesem Fall Supraleitung auftritt - und das bei einer relativ hohen Sprungtemperatur.
Es genügt aber nicht, ein Stück Lithium zwischen zwei Diamanten zu klemmen, den Druck stetig zu erhöhen und darauf zu warten, dass der elektrische Widerstand sinkt. Denn das Metall ist chemisch hochaktiv, und schon die Herstellung einer reinen Probe stellt hohe Anforderungen an die Forscher. Und selbst wenn es gelingt, eine reine Probe in die Zelle zu bugsieren, reagiert es nur allzu gerne mit dem Diamanten-Stempel.
Die Lösung dieses Problems: Kühlung der Zelle auf unter 50 Kelvin. Bei so niedrigen Temperaturen reagiert selbst Lithium äußerst träge. Aber auch diese Maßnahme reicht noch nicht aus: Das Metall neigt ärgerlicherweise dazu, durch die Dichtungen zu sickern. Erst eine Vertiefung im Amboss der Zelle, hält das Element während des Experiments an seinem Platz.
Und tatsächlich, nach Berücksichtigung all dieser Maßnahmen beobachteten die Forscher bei einem Druck von 48 Gigapascal, einen deutlichen Hinweis auf Supraleitung: einen starken Abfall des elektrischen Widerstandes und das "schon" bei einer Sprungtemperatur von 20 Kelvin - ein neuer Rekord bei Elementen! Und wenn Lithium unter solchen Bedingungen supraleitend wird, dann könnte nach theoretischen Überlegungen für Wasserstoff das gleiche zutreffen - und zwar schon bei Zimmertemperatur.
Doch etwas stimmt nachdenklich. Die Forscher scheinen selbst nicht ganz sicher zu sein, ob sie tatsächlich Supraleitung beobachtet haben. Denn das untrüglichste Zeichen für Supraleitung, die Verdrängung von Magnetfeldern aus dem Leiter - den berühmten Meißner-Ochsenfeld-Effekt - konnten Shimizu und seine Kollegen nicht nachweisen. Und nach theoretischen Vorhersagen erwarteten sie eine Sprungtemperatur von bis zu 80 und nicht "bloß" 20 Kelvin.
Experimentelle Unwägbarkeiten oder Verunreinigungen trotz aufwendiger Vorsichtsmaßnahmen? Letztendliche Sicherheit können nur weitere Experimente bringen. Shimizu und seine Kollegen sind allerdings zuversichtlich, den Meißner-Ochsenfeld-Effekt und damit zweifelsfrei die Existenz von Supraleitung in Lithium nachweisen zu können. Außerdem wollen sie die Sprungtemperatur noch weiter erhöhen und so ihren eigenen Rekord brechen. Dabei wird sicherlich nicht nur das Metall unter enormem Erfolgsdruck stehen.
Genau das taten Katsuya Shimizu und seine Kollegen von der Osaka University und der University of Tokyo mit Lithium – dem leichtesten metallischen Element. Sie setzten das Metall in einer Diamant-Stempel-Zelle einem enormen Druck von mehr als 300 000 Atmosphären - oder 30 Gigapascal - aus. Theorien sagen voraus, dass in diesem Fall Supraleitung auftritt - und das bei einer relativ hohen Sprungtemperatur.
Es genügt aber nicht, ein Stück Lithium zwischen zwei Diamanten zu klemmen, den Druck stetig zu erhöhen und darauf zu warten, dass der elektrische Widerstand sinkt. Denn das Metall ist chemisch hochaktiv, und schon die Herstellung einer reinen Probe stellt hohe Anforderungen an die Forscher. Und selbst wenn es gelingt, eine reine Probe in die Zelle zu bugsieren, reagiert es nur allzu gerne mit dem Diamanten-Stempel.
Die Lösung dieses Problems: Kühlung der Zelle auf unter 50 Kelvin. Bei so niedrigen Temperaturen reagiert selbst Lithium äußerst träge. Aber auch diese Maßnahme reicht noch nicht aus: Das Metall neigt ärgerlicherweise dazu, durch die Dichtungen zu sickern. Erst eine Vertiefung im Amboss der Zelle, hält das Element während des Experiments an seinem Platz.
Und tatsächlich, nach Berücksichtigung all dieser Maßnahmen beobachteten die Forscher bei einem Druck von 48 Gigapascal, einen deutlichen Hinweis auf Supraleitung: einen starken Abfall des elektrischen Widerstandes und das "schon" bei einer Sprungtemperatur von 20 Kelvin - ein neuer Rekord bei Elementen! Und wenn Lithium unter solchen Bedingungen supraleitend wird, dann könnte nach theoretischen Überlegungen für Wasserstoff das gleiche zutreffen - und zwar schon bei Zimmertemperatur.
Doch etwas stimmt nachdenklich. Die Forscher scheinen selbst nicht ganz sicher zu sein, ob sie tatsächlich Supraleitung beobachtet haben. Denn das untrüglichste Zeichen für Supraleitung, die Verdrängung von Magnetfeldern aus dem Leiter - den berühmten Meißner-Ochsenfeld-Effekt - konnten Shimizu und seine Kollegen nicht nachweisen. Und nach theoretischen Vorhersagen erwarteten sie eine Sprungtemperatur von bis zu 80 und nicht "bloß" 20 Kelvin.
Experimentelle Unwägbarkeiten oder Verunreinigungen trotz aufwendiger Vorsichtsmaßnahmen? Letztendliche Sicherheit können nur weitere Experimente bringen. Shimizu und seine Kollegen sind allerdings zuversichtlich, den Meißner-Ochsenfeld-Effekt und damit zweifelsfrei die Existenz von Supraleitung in Lithium nachweisen zu können. Außerdem wollen sie die Sprungtemperatur noch weiter erhöhen und so ihren eigenen Rekord brechen. Dabei wird sicherlich nicht nur das Metall unter enormem Erfolgsdruck stehen.
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