Das neue Zeitalter eisenbasierter Supraleiter
Als im Jahr 2008 entdeckt wurde, dass in Materialien auf Eisenbasis Supraleiter vorhanden sind, verfügten Wissenschaftler über eine zweite Klasse von Materialien, welche das makroskopische Quantenphänomen der Hochtemperatur-Supraleitfähigkeit aufwiesen. Durch die Vergleichbarkeit mit den berühmten Cuprat-Supraleitern schien sich der Weg zur Supraleitfähigkeit bei Raumtemperatur zu eröffnen. Im EU-finanzierten Projekt SUPER-IRON (Exploring the potential of iron-based superconductors) kamen europäische und japanische Wissenschaftler zusammen, um eine Roadmap zur Nutzung von FeSCs in Energieanwendungen zu erarbeiten. Im Vergleich zu herkömmlichen Hochtemperatur-Supraleitern weisen FeSCs offenbar mehrere Vorteile auf, darunter eine geringere Anfälligkeit für Defekte bei der Stromübertragung über Korngrenzen hinweg. Umfassende Forschungsarbeit wurde geleistet, um FeSCs als Einzelkristalle, Polykristalle, Drähte und Dünnschichten zu erhalten. Die Arbeit mit Einzelkristallen führte zu optimierten Syntheseverfahren für polykristalline Schichten mit verbesserter Supraleitfähigkeit. Die Forscher verzeichneten wesentliche Fortschritte bei der Herstellung von Drähten und Dünnschichten, wobei die interessantesten Ergebnisse mit Substraten aus Calciumfluorid (CaF2) erzielt wurden. Das Team von SUPER-IRON bestätigte die bemerkenswerte Abstimmbarkeit der Supraleitfähigkeit von Dünnschichten aus Eisen-Chalkogeniden Fe(Te, Se) auf CaF2 durch präzise gesteuerte Dotierung und durch das Einbringen von Defekten durch Neutronenbestrahlung. Die Forscher stellten zudem mithilfe des ex situ durchgeführten Powder-in-Tube-Verfahrens die ersten supraleitenden Drähte aus Arseneisen her. Für die potentielle Nutzung der Materialien für Energieanwendungen ist es entscheidend, ihr Verhaltens an den Korngrenzen zu untersuchen. Die Forscher wendeten sowohl experimentelle als auch theoretische Techniken an und erzielten hochinteressante Ergebnisse. Bei den auf verschiedenen Substraten hergestellten bikristallinen Dünnschichten waren die einzelnen Körner enger miteinander gekoppelt als bei Cuprat-Halbleitern, und alle gestellten Anforderungen für Energieanwendungen wurden noch übertroffen. Die im SUPER-IRON-Projekt begonnene Forschungsarbeit wird mit den Ergebnissen der entwickelten theoretischen Tools fortgesetzt werden, um Supraleitfähigkeit bei verschiedenen Materialien vorhersagen zu können. Die Forscher erhoffen sich, neue Erkenntnisse darüber zu sammeln, wie Elektronen Paare bilden und so verlustfreie Energieübertragung ermöglichen, und diesen Wissen auf Cuprat-Supraleiter anwenden. Die experimentellen Ergebnisse und theoretischen Modelle sollen offene Fragen zu herkömmlichen, auf Cuprat basierenden Hochtemperatur-Supraleitern beantworten. Es wurde nicht angestrebt, die Ergebnisse des SUPER-IRON-Forschungsprojekts sofort nach dessen Abschluss anwenden zu können, jedoch wurde das Fundament für einen Forschungsplan zur Nutzung von FeSCs für Energieanwendungen geschaffen.
Schlüsselbegriffe
Eisenbasierte Supraleiter, Hochtemperatur-Supraleitfähigkeit, Cuprat-Halbleiter, Energieanwendungen
