Umweltfreundliche Hochtemperatur-Supraleiter

Ein internationales EU-finanziertes Forschungsteam hat die elektronischen Eigenschaften unkonventioneller Supraleiter untersucht, welche auf Fullerenen basieren. Es wurde die Bedeutung demonstriert, die deren molekulare elektronische Struktur für die Steuerung der Supraleitfähigkeit haben kann.

Industrielle Technologien

Die meisten Supraleiter verfügen über eine relativ einfache, aus Atomen aufgebaute Struktur, es wurden jedoch ebenfalls Supraleiter entdeckt, die aus Molekülen bestehen, welche in einer regulären Struktur angeordnet sind. Die Arbeit der Teammitglieder des Projekts LEMSUPER (Light element molecular superconductivity: An interdisciplinary approach) führte zur Entdeckung der höchsten Arbeitstemperatur für molekulare Supraleiter. Forscher hatten erstmals das Verhältnis zwischen dem übergeordneten Isolator, dem normalen metallischen Zustand oberhalb der kritischen Temperatur und dem supraleitenden Paarungsmechanismus in einer neuen Familie von Fullerenmaterialien entschlüsselt. Dies war der erste Schritt für ein Verständnis unkonventioneller Supraleiter einschließlich von Hochtemperatur-Kupraten. Im Zuge des EU-finanzierten Projekts LEMSUPER wurde erfolgreich das Design von supraleitenden Hochtemperatursystemen erforscht, welche aus den Leuchtelementen Bor, Kohlenstoff und Sauerstoff bestehen. Diese Elemente sind erschwinglich, zahlreich, nicht toxisch und umweltverträglich – und somit eine attraktive Alternative zu gefährlichen oder Seltenerdelementen. Durch eine Kombination von Messung, Theorie und Modellierung untersuchten die Forscher grundlegende physikalische Mechanismen bezüglich der Supraleitfähigkeit bei höheren Temperaturen in supraleitenden Systemen. Sie waren in der Lage, mit Ultrahochdruck und einer sehr starken Dotierung des elektrischen Felds, welche über das chemisch Erreichbare hinausging, den Wettbewerb zwischen isolierendem und leitendem Verhalten zu steuern. Forscher richteten Datenbanken zu den strukturellen und elektronischen Informationen für zahlreiche aufbereitete Proben ein. Diese waren bei der Erstellung von molekularen Kristallstrukturen behilflich, welche das Entstehen einer Supraleitfähigkeit begünstigen. Ferner wurde eine neue Reihe von Supraleitern enthüllt – Molybdändiselenid und schichtiges Eisenselenid. Eine zentrale Entwicklung für die theoretische Beschreibung von Leuchtelement-Supraleitern war der Vorschlag zu einer Koexistenz von Supraleitfähigkeit und sonstiger elektronischer Ordnungen. Dies betrifft bspw. eine Ladungsordnung mit starken Elektronen-Lichtteilchen-Interaktionen. Diese bahnbrechenden Ergebnisse haben zu mehr als 100 Publikationen geführt, wovon viele in bedeutenden wissenschaftlichen Fachzeitschriften veröffentlicht worden sind. Die im Zusammenhang mit dem LEMSUPER-Projekt durchgeführte Grundlagenforschungsarbeit soll eine neue Ära im Bereich der Hochtemperatur-Supraleiter einläuten. Umweltverträgliche und energiesparende Supraleitermaterialien könnten den Weg für praktische Anwendungen von wahrhaft großer Bedeutung für die Welt ebnen.

Schlüsselbegriffe

Hochtemperatur, Supraleiter, Fulleren, molekulare Elektronenstruktur

LIGHT ELEMENT MOLECULAR SUPERCONDUCTIVITY: AN INTERDISCIPLINARY APPROACH

Umweltfreundliche Hochtemperatur-Supraleiter

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