Ein Forscherteam der Universität Houston hat einen neuen Supraleitungsrekord aufgestellt: Es wurde ein Material entwickelt, das Strom bei normalem Druck und bei einer höheren Temperatur als alle bisherigen Supraleiter bei Atmosphärendruck mit null Widerstand leitet.
Das bedeutet nicht, dass Supraleiter, die bei Raumtemperatur arbeiten, bereits existieren. Es stellt aber einen bedeutenden Schritt hin zu Technologien dar, die den Energieverlust deutlich reduzieren könnten.
Was ist passiert?
Forscher des Texas A&M Center for Superconductivity und des Fachbereichs Physik der University of Texas haben die supraleitende Übergangstemperatur mit 151 Kelvin (-122 Grad Celsius) gemessen. Laut einem Artikel von ScienceDaily ist dies die bisher niedrigste Temperatur nahe der Raumtemperatur und die höchste jemals für einen Supraleiter bei Atmosphärendruck gemessene Temperatur seit der ersten Entdeckung der Supraleitung im Jahr 1911. .
Die in der Fachzeitschrift „Proceedings of the National Academy of Sciences“ veröffentlichte Studie brach einen über 30 Jahre alten Rekord. Die bisher höchste Temperatur bei Atmosphärendruck lag bei 133 K und wurde 1993 mit einem quecksilberbasierten Material auf Kupferoxidbasis, Hg1223, erreicht.
Die Physiker Ching-Wu Chu und Liangzi Deng erzielten ein neues Ergebnis mit einer Methode namens «Druckabschreckung». Sie setzten das Material zunächst hohem Druck aus, um seine supraleitenden Eigenschaften zu verbessern, kühlten es dann ab und ließen den Druck schnell wieder ab, sodass der verbesserte Zustand unter normalen Bedingungen stabil blieb.
«Unsere Methode zeigt, dass dieser Zustand auch ohne Druck aufrechterhalten werden kann», sagte Chu.
Warum ist das wichtig?
Supraleiter ermöglichen den widerstandsfreien Fluss von elektrischem Strom, wodurch praktisch keine Energie als Wärme verloren geht. Dies könnte die Effizienz von Stromnetzen verbessern, die Energiespeicherung optimieren und die Entwicklung schnellerer Elektronik, fortschrittlicher MRT-Systeme und zukünftiger Fusionstechnologien erleichtern.
Chu merkte an, dass derzeit etwa 81.300 Tonnen Strom bei der Übertragung ins Stromnetz verloren gehen. Eine Reduzierung dieser Verluste könnte zu erheblichen Einsparungen sowie zu einer Verringerung der Umweltbelastung durch unnötige Stromerzeugung führen.
Die meisten Supraleiter funktionieren nur bei extrem niedrigen Temperaturen und erfordern daher teure Kühlsysteme. Durch die Erhöhung der Betriebstemperatur werden diese Materialien für praktische Anwendungen deutlich praktikabler und ihre Untersuchung durch Wissenschaftler mit Standardausrüstung erheblich vereinfacht.
Die Ergebnisse könnten dazu beitragen, sauberere und effizientere Energiesysteme und Medizintechnologien in den Alltag einzuführen.
Ein Team der Universität Houston trägt nun dazu bei, dieses Forschungsgebiet einem noch ehrgeizigeren Ziel näherzubringen: Supraleitung bei Raumtemperatur und Atmosphärendruck. Die Raumtemperatur beträgt etwa 300 Kelvin, daher liegt dieser Rekord noch rund 140 Grad Celsius unter diesem Ziel.
Chu und Deng haben außerdem einen Beitrag zu einer Arbeit geleistet, in der sechs mögliche Wege zur Erhöhung der supraleitenden Temperaturen aufgezeigt werden, einschließlich der Druckabschreckmethode, die für diesen Durchbruch verwendet wurde.
Rohit Prasankumar, Leiter der Supraleitungsforschung bei Intellectual Ventures, sagte, dass zukünftige Fortschritte wahrscheinlich von der Zusammenarbeit zwischen Physikern, Chemikern, Ingenieuren und Materialwissenschaftlern abhängen werden.
«Diese Entdeckung birgt ein enormes Potenzial», sagte Chu. „Wir glauben, dass wir dieses Potenzial ausschöpfen können, wenn genügend Menschen daran arbeiten und genügend Zeit zur Verfügung steht.“.
Dan fügte hinzu, dass Materialien unter Atmosphärendruck «für Wissenschaftler viel leichter zugänglich werden, wodurch sie gut konzipierte Geräte verwenden können.».
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