Unwiderstehlich

Interaktion zwischen Löchern in supraleitendem Magnesiumdiborid

Seit Anfang 2001 ist Magnesiumdiborid der heißeste Kandidat für die kommende kommerzielle Nutzung der Supraleitung. Wissenschaftler versuchen weltweit, alle Eigenschaften sowie potenzielle Vor- und Nachteile des Materials zu ergründen. Aus den USA und Norwegen kommt eine jetzt eine neue Studie zur Struktur.

Magnesiumdiborid ist ein billiger Stoff, der sich im Februar 2001 zur allgemeinen Verblüffung als herkömmlicher Supraleiter mit der höchsten Sprungtemperatur erwies. Nur die so genannten Hochtemperatur-Supraleiter - keramische Kupfer-Oxyde - haben noch bessere Werte, dafür sind sie aber schwierig zu handhaben und in der Produktion nur sehr aufwändig zu verarbeiten. Kein Wunder, dass sich die Wissenschaftswelt begeistert an die Erforschung aller Aspekte des neuen Supraleiters machte (Vgl. Die Mechanismen der Supraleitung bei Magnesiumdiborid). Insgesamt sind viele Aspekte der Supraleitung noch nicht vollständig erklärt (Vgl. Supraleiter schmuggelt Hitze über Theoriegrenzen). Der widerstandslose und fast verlustfreie Transport von elektrischer Energie könnte aber zukünftig die flächendeckende Energieversorgung revolutionieren sowie den Bau kleinerer und höchst effektiver Geräte ermöglichen. Die unglaublichen kommerziellen Möglichkeiten des Phänomens sind der Grund für den Boom der Erforschung des in der Chemie gängigen Laborstoffes Magnesiumdiborid, der im Großhandel für ca. Euro 30.- das Kilo bestellt werden kann.

Ein Team vom U.S. Department of Energy's Brookhaven National Laboratory und der Universität von Oslo hat nun erforscht, wie der Mechanismus der Supraleitung in Magnesiumdiborid funktioniert und ihre Ergebnisse in den Physical Review Letters veröffentlicht. Die Physiker sind davon ausgegangen, dass bei Magnesiumdiborid nicht die Elektronen, sondern ihre Abwesenheit in Form von Löchern wesentlich für die supraleitenden Eigenschaften verantwortlich sind. Das Teammitglied Yimei Zhu erklärt: "Wissenschaftler gehen normalerweise davon aus, dass Supraleitung auf den paarweisen Zusammenschluss von Elektronen zurückzuführen ist. Obwohl das sicherlich auch bei den meisten Supraleitern der Fall ist, konnte bisher nicht nachgewiesen werden, inwieweit in Magnesiumdiborid die Elektronen zur Supraleitung beitragen. Deshalb haben wir entschieden, uns die elektronische Struktur des Materials genauer anzuschauen."

Die Forscher überprüften ihre theoretischen Vorhersagen anhand von extensiven Berechungen und mithilfe von zwei komplementären Technologien. Die Untersuchungen mit der Röntgen-Absorptions-Spektroskopie am National Synchrotron Light Source des Brookhaven Laboratory bestätigte ihre Annahme ebenso wie die Resultate der Elektronen-Energie-Verlust-Spektroskopie am Transmission Electron Microscope (TEM. Zhu: "Wir brauchten den Einsatz beider Techniken, weil sie sich wunderbar ergänzen und so zur genauen Verteilung und Zahl der Löcher im Magnesiumdiborid führen." Das Team ermittelte akkurat die Lochdichte und die Positionen der Löcher in dem neuen Supraleiter. Sie konnten nachweisen, dass ihre Wechselwirkung die Supraleitung in Magnesiumdiborid verursacht.

Johan Tafto von der Universitär Oslo, der im Team mitarbeitete, dazu:

Wenn wir mehr über die Eigenschaften des Magnesiumdiborids auf der atomaren Ebene verstehen werden, bin ich überzeugt, dass wir in naher Zukunft auch fähig sein werden, sie mit den makroskopischen Eigenschaften, wie zum Beispiel der Supraleitung, in Verbindung zu bringen - vielleicht können wir dann auch den Ursprung der Supraleitung generell erklären.