Auf der Suche nach Raumtemperatursupraleitern

Stellen Sie sich eine Welt vor, in der Magnetschwebebahnen (Magnetschwebebahnen) sind alltäglich, Computer sind blitzschnell, Stromkabel haben nur geringe Verluste und es gibt neue Partikeldetektoren. Dies ist die Welt, in der Raumtemperatursupraleiter Realität sind. Bisher ist dies ein Traum der Zukunft, aber Wissenschaftler sind dem Erreichen der Supraleitung bei Raumtemperatur näher als je zuvor.

Ein Raumtemperatursupraleiter (RTS) ist eine Art Hochtemperatursupraleiter (High-T)_c oder HTS), die näher an arbeitet Zimmertemperatur als zu Absoluter Nullpunkt. Die Betriebstemperatur über 0 ° C (273,15 K) liegt jedoch immer noch deutlich unter dem, was die meisten von uns als "normale" Raumtemperatur (20 bis 25 ° C) betrachten. Unterhalb der kritischen Temperatur wird die Supraleiter hat Null elektrischer Wiederstand und Ausstoß von Magnetflussfeldern. Während es eine übermäßige Vereinfachung ist, kann Supraleitung als ein Zustand des Perfekten angesehen werden elektrische Leitfähigkeit.

Hochtemperatursupraleiter weisen eine Supraleitung über 30 K (–243,2 ° C) auf. Während ein herkömmlicher Supraleiter mit flüssigem Helium gekühlt werden muss, um supraleitend zu werden, kann dies ein Hochtemperatursupraleiter sein mit flüssigem Stickstoff gekühlt. Ein Supraleiter bei Raumtemperatur könnte dagegen sein mit normalem Wassereis gekühlt.

Die kritische Temperatur für die Supraleitung auf eine praktische Temperatur zu bringen, ist ein heiliger Gral für Physiker und Elektrotechniker. Einige Forscher glauben, dass Supraleitung bei Raumtemperatur unmöglich ist, während andere auf Fortschritte hinweisen, die die bisherigen Überzeugungen bereits übertroffen haben.

Die Supraleitung wurde 1911 von Heike Kamerlingh Onnes in festem Quecksilber entdeckt, das mit flüssigem Helium gekühlt wurde (Nobelpreis für Physik 1913). Erst in den 1930er Jahren schlugen Wissenschaftler eine Erklärung vor, wie Supraleitung funktioniert. 1933 erklärten Fritz und Heinz London das Meißner-Effekt, in dem ein Supraleiter interne Magnetfelder ausstößt. Aus Londons Theorie gingen Erklärungen hervor, die die Ginzburg-Landau-Theorie (1950) und die mikroskopische BCS-Theorie (1957, benannt nach Bardeen, Cooper und Schrieffer) umfassten. Nach der BCS-Theorie schien die Supraleitung bei Temperaturen über 30 K verboten zu sein. 1986 entdeckten Bednorz und Müller den ersten Hochtemperatursupraleiter, ein Cuprat-Perowskit-Material auf Lanthanbasis mit einer Übergangstemperatur von 35 K. Die Entdeckung brachte ihnen 1987 den Nobelpreis für Physik ein und öffnete die Tür für neue Entdeckungen.

Der bisher von Mikhail Eremets und seinem Team 2015 entdeckte Supraleiter mit der höchsten Temperatur ist Schwefelhydrid (H.₃S). Schwefelhydrid hat eine Übergangstemperatur um 203 K (-70 ° C), jedoch nur unter extrem hohem Druck (etwa 150 Gigapascal). Forscher sagen voraus, dass die kritische Temperatur erhöht sein könnte über 0 ° C, wenn die Schwefelatome durch Phosphor, Platin, Selen, Kalium oder Tellur ersetzt werden und ein noch höherer Druck ausgeübt wird. Obwohl Wissenschaftler Erklärungen für das Verhalten des Schwefelhydridsystems vorgeschlagen haben, konnten sie das elektrische oder magnetische Verhalten nicht reproduzieren.

Das supraleitende Verhalten bei Raumtemperatur wurde für andere Materialien als Schwefelhydrid beansprucht. Der Hochtemperatursupraleiter Yttriumbariumkupferoxid (YBCO) könnte bei 300 K unter Verwendung von Infrarotlaserpulsen supraleitend werden. Der Festkörperphysiker Neil Ashcroft sagt voraus, dass fester metallischer Wasserstoff nahe Raumtemperatur supraleitend sein sollte. Das Harvard-Team, das behauptete, metallischen Wasserstoff herzustellen, berichtete, dass der Meissner-Effekt möglicherweise bei 250 K beobachtet wurde. Basierend auf der Exzitonen-vermittelten Elektronenpaarung (nicht der Phonon-vermittelten Paarung der BCS-Theorie) ist dies der Fall Eine mögliche Hochtemperatursupraleitung kann in organischen Polymeren rechts beobachtet werden Bedingungen.

In der wissenschaftlichen Literatur erscheinen zahlreiche Berichte über die Supraleitung bei Raumtemperatur, so dass ab 2018 die Erreichung möglich erscheint. Der Effekt hält jedoch selten lange an und ist teuflisch schwer zu replizieren. Ein weiteres Problem ist, dass möglicherweise extremer Druck erforderlich ist, um den Meissner-Effekt zu erzielen. Sobald ein stabiles Material hergestellt ist, sind die offensichtlichsten Anwendungen die Entwicklung effizienter elektrischer Leitungen und leistungsstarker Elektromagnete. Von dort aus ist der Himmel die Grenze für die Elektronik. Ein Supraleiter bei Raumtemperatur bietet die Möglichkeit, bei einer praktischen Temperatur keinen Energieverlust zu verursachen. Die meisten Anwendungen von RTS sind noch nicht vorstellbar.

• Ein Raumtemperatursupraleiter (RTS) ist ein Material, das oberhalb einer Temperatur von 0 ° C supraleitend sein kann. Es ist bei normaler Raumtemperatur nicht unbedingt supraleitend.
• Obwohl viele Forscher behaupten, Supraleitung bei Raumtemperatur beobachtet zu haben, konnten Wissenschaftler die Ergebnisse nicht zuverlässig replizieren. Es gibt jedoch Hochtemperatursupraleiter mit Übergangstemperaturen zwischen –243,2 ° C und –135 ° C.
• Mögliche Anwendungen von Raumtemperatursupraleitern sind schnellere Computer, neue Methoden zur Datenspeicherung und eine verbesserte Energieübertragung.

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• Drozdov, A. P.; Eremets, M. ICH.; Troyan, I. EIN.; Ksenofontov, V.; Shylin, S. ICH. (2015). "Konventionelle Supraleitung bei 203 Kelvin bei hohen Drücken im Schwefelhydridsystem". Natur. 525: 73–6.
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