Was ist ein Hochtemperatursupraleiter?
Ein Hochtemperatursupraleiter (HTS) ist ein Material, das supraleitende elektrische Eigenschaften oberhalb der Temperatur im flüssigen Zustand von Helium aufweist. Es wurde angenommen, dass dieser Temperaturbereich von etwa –452 ° bis –454 ° Fahrenheit (–269 ° bis –270 ° Celsius) die theoretische Grenze für die Supraleitung ist. 1986 entdeckten die US-Forscher Karl Müller und Johannes Bednorz eine Gruppe von Hochtemperatursupraleiterverbindungen auf Kupferbasis. Diese Cuprate, wie Yttriumbariumkupferoxid, YBCO 7 , Variationen von Lanthanstrontiumkupferoxid, LSCO und Quecksilberkupferoxid, HgCuO, zeigten Supraleitung bei Temperaturen von bis zu –256 ° Fahrenheit (–160 ° Celsius).
Die Entdeckung von Müller und Bednorz führte 1987 zur Verleihung des Nobelpreises für Physik an beide Forscher, doch das Gebiet entwickelte sich weiter. Laufende Untersuchungen im Jahr 2008 ergaben eine neue Klasse von Verbindungen, die Supraleitung zeigten, basierend auf den Elementen Eisen und Arsen, wie Lanthanoxid-Eisenarsen, LaOFeAs. Es wurde erstmals von Hideo Hosono, einem Materialforscher in Japan, als Hochtemperatursupraleiter in einem Temperaturbereich von -221 ° Celsius (-366 ° Fahrenheit) demonstriert. Andere seltene Elemente, die mit Eisen gemischt wurden, wie Cer, Samarium und Neodym, erzeugten neue Verbindungen, die ebenfalls supraleitende Eigenschaften zeigten. Der Rekord von 2009 für einen Hochtemperatursupraleiter wurde mit einer Mischung aus Thallium, Quecksilber, Kupfer, Barium, Calcium, Strontium und Sauerstoff erzielt, die eine Supraleitung bei -211 ° Fahrenheit (-135 ° Celsius) aufweist.
Der Schwerpunkt auf dem Gebiet der Hochtemperatur-Supraleiterforschung lag ab 2011 auf der materialwissenschaftlichen Entwicklung besserer Verbindungen. Als für supraleitende Materialien Temperaturen von -211 ° Fahrenheit (-135 ° Celsius) erreicht wurden, konnten ihre Eigenschaften in Gegenwart von flüssigem Stickstoff untersucht werden. Da flüssiger Stickstoff in vielen Laborumgebungen ein häufiger und stabiler Bestandteil ist und bei einer Temperatur von -196 ° Celsius (-320 ° Fahrenheit) vorliegt, ist das Testen neuer Materialien wesentlich praktischer und umfassender geworden.
Der Vorteil der supraleitenden Technologie für die konventionelle Gesellschaft erfordert immer noch Materialien, die nahe bei Raumtemperatur arbeiten können. Da Supraleiter dem elektrischen Fluss buchstäblich keinen Widerstand entgegensetzen, könnte der Strom nahezu unbegrenzt durch den supraleitenden Draht fließen. Dies würde den Stromverbrauch für alle elektrischen Anforderungen senken und solche Geräte im Vergleich zur Standardelektroniktechnologie ultraschnell machen. Leistungsstarke Magnete würden für erschwingliche Magnetschwebebahnen, medizinische Anwendungen und die Erzeugung von Fusionsenergie zur Verfügung stehen. Zu solchen Supraleitertechnologien könnte auch die Entwicklung von Quantencomputern gehören, die möglicherweise Hunderte Millionen Mal schneller Daten verarbeiten als 2011.