Ein jahrzehntelanges Ziel im Bereich der Physik scheint nun erreicht: Strom kann nun fast ohne einen nennbaren Widerstand auch bei Raumtemperaturen weitergeleitet werden. Die Supraleiter-Technologie erreicht einen neuen Stepstone zur widerstandslosen Stromleitung. In diesem Artikel werden wir auf den neuen Rekord der Supraleiter-Technologie eingehen, wir werden unter anderem auch das Gebiet der Physik betreten und das Optimierungspotenzial bzw. die aktuellen Grenzen dieses Technologiefortschritts benennen.
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Was ist ein Supraleiter?
Einfach gesagt dreht es sich bei der Supraleiter-Technologie um die Leitfähigkeit von Strom. Doch wie funktioniert Supraleitfähigkeit?
Der niederländische Physiker Heike Kamerlingh Onnes entdeckte als Pionier auf diesem Gebiet bereits im Jahre 1911 die Supraleiter. Es handelt sich hierbei um Materialien, die einen beinahe unmessbar kleinen Widerstand besitzen, wenn diese die sogenannte Sprungtemperatur unterschreiten. Das sind sehr niedrige Temperaturen, die dazu führen, dass das Material seinen Widerstand verliert, wodurch der elektrische Strom nahezu ungestört fließen kann.
Die Supraleiter-Technologie ist für folgende Einsatzgebiete besonders von großem Interesse:
- Energie- und Messtechnik
- Magnetresonanztomographie
- Levitation
- Erzeugung starker Magnetfelder für Teilchenbeschleuniger
Die Supraleiter-Technologie wurde durch ihre Rahmenbedingung gebremst, indem bisher stets eine eine extreme Kälte und somit auch der Einsatz von kostenintensiver Kältetechnik erforderlich war. Dies hat sich nun geändert. Welcher revolutionärer Fortschritt nun genau gelungen ist, erfahren Sie in Folge.
Welcher Technologiefortschritt ist der Supraleiter-Technologie gelungen?
Forscher haben ein Material entwickelt, welches Strom nun auch bei Raumtemperatur mit einem fast nicht messbaren Widerstand leiten kann. Dies war bis zuletzt nur möglich, wenn das Material sehr stark abgekühlt worden war.
Dieser Sprung in der Supraleiter-Technologie soll beispielsweise helfen, Quantencomputer eines Tages in großen Mengen herzustellen. Auch für andere Einsatzgebiete, beispielsweise für MRT-Geräte oder verlustarme Leitungen, ist der Technologiefortschritt von großem Interesse. Elektrische Geräte könnten mithilfe dieser Supraleiter-Technologie ohne die Gefahr einer Überhitzung arbeiten. Weiter könnten Schwebebahnen von den neuen Technologien profitieren, da diese bis dato auch nur dann korrekt arbeiten, wenn sie sehr stark abgekühlt werden.
Der Physiker Chris Pickard (University of Cambridge) bezeichnet diese neue Technologie als Meilenstein. Diese Einschätzung zur Wertigkeit des neuen Rekords wurde im Fachmagazin Science betont.
Supraleiter-Technologie-Fortschritt nutzte die Vorlage der Mainzer Forscher
Die neue Technik basiert auf den Entwicklungen, die bereits Forscher im Jahre 2015 vom Max-Planck-Institut für Chemie entwickelten. 
Doch eines war damals grundlegend anders als heute: Die Materialien mussten eine Temperatur von minus 70 Grad Celsius besitzen, um Strom fast ohne Widerstand leiten zu können. Diese Temperatur stellte 2015 noch einen Rekord dar.
Die nun bekannt gewordene Arbeit von Ranga Dias von der University of Rochester ist eine Art Verbesserung zu den Errungenschaften des Max-Planck-Instituts für Chemie. Dias und seine Kollegen haben nun in einem Fachmagazin mit dem Namen Nature berichtet, dass ihr Material nun nahezu widerstandslos Strom leite – und zwar bereits bei einer Temperatur von 15 Grad Celsius. Somit wurde ein neuer Stepstone zur widerstandslosen Stromleitung erreicht.
Welche neuen Materialien führten zum Supraleiter-Rekord?
Wie kam es zur Verbesserung der Umgebungstemperatur um 85 Grad Celsius, sodass der aktuelle Funktionsrekord bei einer Temperatur von 15 Grad Celsius nahezu widerstandslos arbeitet?
Wie bislang besteht das Material weiterhin aus einem Kohlenstoff. Ranga Dias und seine Kollegen haben das Material, das zuvor sehr stark gekühlt werden musste, durch ein Material ersetzt, das nun außerdem aus Schwefel und Wasserstoff besteht.
Und so gingen die Forscher der University of Rochester vor:
Die Forscher haben eine sehr kleine Probe dieses Materials, bestehend aus einer Kombination aus Kohlenstoff, Wasserstoff und Schwefel, zwischen zwei sehr feinen und spitzen Diamanten platziert, welche mittels eines Laserstrahls zur Formung eines Kristalls angeregt wurden.
Die Forscher reduzierten nun, wie bei Supraleitern üblich, die Temperatur des Stoffes. Bereits ab einer Temperatur von etwa 15 Grad Celsius und einem extrem hohen Druck sank der Widerstand dieses Materials auf null. Hiermit war eine neue Art der Supraleiter entstanden.
Die neue Art des Supraleiters und die nächste Herausforderung
Die weiterentwickelte Supraleiter-Technologie ist nur ein kleiner Schritt zum neuen Stepstone der widerstandslosen Stromleitung.
Die neue Art dieses Supraleiters bringt leider auch einen Nachteil mit sich. Denn die Forscher der University of Rochester konnten ein Material, das nahezu widerstandslos Strom leitet, nur herstellen, indem Sie nicht nur die Temperatur auf etwa 15 Grad Celsius herunterregelten – sie mussten auch den Druck auf ein extremes Level anheben.
Genauer gesagt: Bei einer Temperatur von 14,55 Grad Celsius und einem Druck von 267 Gigapascal wurde das Material zu einem Supraleiter.
Dieser extreme Druck entspricht dem 2,6 Millionenfachen des Drucks, der auf der Erde vorherrscht und etwa einem drei Viertel des Drucks im Kern der Erde.
Wie geht es weiter?
Fortan wird mittels des neuen Versuchsaufbaus geprüft, wie die derzeitigen Supraleiter verbessert werden können. Die Materialien sind aktuell noch recht spröde und lassen sich nur auf sehr umständliche Weise in eine Form bringen, die einem Draht ähnelt. Somit findet sich für diese Materialien bisher noch keine Verwendung auf dem Massenmarkt. Dies soll sich nun mit der neuen Art des Supraleiters ändern.
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