Supraleiter aus Plastik

News: Supraleiter aus Plastik

Widerstandsloser Stromtransport ist ein Phänomen, dass bei Metallen schon lange bekannt ist - nicht jedoch bei Kunststoffen. Zwar forschten Wissenschaftler auch lange Jahre an organischen Verbindungen, aber Supraleitung konnten sie bislang noch nicht beobachten. Nun gelang es jedoch Forschern in den USA, erstmals einen Kunststoff herzustellen, in dem Strom ohne Verluste fließt.

Thorsten Krome

Heike Kamerlingh Onnes maß im Jahre 1911 den elektrischen Widerstand von Quecksilber. Der niederländische Physiker stellte dabei überrascht fest, dass unterhalb von 4,15 Kelvin – der so genannten Sprungtemperatur – der Strom verlustfrei floss, der Widerstand also nicht mehr messbar war. Es brauchte allerdings noch gute zwanzig Jahre, bis erste Theorien das Phänomen Supraleitung erklären konnten. Heute existieren gute Modelle, wenngleich auch noch nicht alle Aspekte des Effekts geklärt sind. Außer bei vielen Metallen fand man ihn auch bei keramischen Metalloxidgemischen und bei Fullerenen. Obwohl schon seit den Siebzigern leitende organische Verbindungen bekannt sind, blieb den Kunststoffen die Supraleitung trotz zwanzig Jahre andauernder intensiver Forschung verwehrt – bis jetzt.

Supraleitung in Kunststoffen ist insofern problematisch, da die Polymerstränge im Inneren des Materials wild durcheinander liegen – so wie ein Haufen gekochter Spaghetti. Das hält aber die Elektronen davon ab, eine besondere Verbindung einzugehen, die für Supraleitung unabdingbar ist. Nun konnten Bertram Batlogg und seine Kollegen an den Bell Labs das Problem offenbar lösen. Außer den Amerikanern war auch Ortwin Schenker von der Universität Konstanz an dem Projekt beteiligt.

Die Forscher besprühten ein spezielles Substrat aus Molybdän und Aluminiumoxid mit einer Lösung des Polymers Polythiophen, um auf diese Weise einen so genannten Feldeffekttransistor (FET) herzustellen. Mit diesem elektronischen Bauteil lassen sich gezielt Ladungsträger in die Polythiophen-Schicht einbringen und sie leitend machen. Außerdem legten sich die Polymere, durch Selbstorganisation getrieben, ordentlich nebeneinander – als wären es ungekochte Spaghetti.

Der Widerstand des dünnen Polymerfilms zeigte, je nach angelegter Spannung an der Steuerelektrode des FET, metallisches Verhalten und unterhalb von 2,35 Kelvin verschwand er gänzlich. Obwohl diese Sprungtemperatur noch sehr klein ist, sind die Wissenschaftler optimistisch, sie durch Verändern der molekularen Struktur erhöhen zu können. "Wir hoffen, dass wir in Zukunft höhere Übergangstemperaturen mit anderen Materialien erreichen können", so Jan Hendrik Schön von den Bell Labs.

"Mit der Methode, die wir benutzen, sind viele organischen Materialien potentielle Supraleiter", meint Zhenan Bao, Chemikerin an den Bell Labs. Das Herstellungsverfahren ist dabei auch vergleichsweise günstig und eröffnet somit eine Vielzahl von möglichen Anwendungen. Schön schwärmt: "Man kann biegsame Supraleiter herstellen, oder sogar Quantencomputing auf der Basis von supraleitender Elektronik machen."