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Quantenmaterialien: Superwarme supraleitende Superatome

Winzige Metallcluster, so genannte Superatome, zeigen Indizien für Supraleitung bei hohen Temperaturen.
Hochtemperatursupraleiter - Stromfluss ohne WiderstandLaden...

Wissenschaftler haben bei so genannten Superatomen – Metallclustern aus wenigen dutzend bis einigen hundert Atomen – Hinweise auf Supraleitung bei überraschend hohen Temperaturen gefunden. Die Konstrukte, hergestellt von einem Team um Vitaly Kresin von der University of Southern California, bestehen aus 37 bis 68 Aluminiumatomen und besitzen Eigenschaften, die zwischen denen einzelner Atome und makroskopischen Aluminiumblöcken liegt. Wie Kresin feststellte, geben die Superatome bei Temperaturen unter 100 Kelvin unter Laserbeschuss weniger bereitwillig Elektronen ab, als sie sollten. Das werten die Forscher als Indiz dafür, dass Elektronen dort Cooper-Paare bilden – die Voraussetzung für verlustfreie Stromleitung.

Nanogroße Cluster aus Metallatomen sind so klein, dass sich die Elektronen in ihnen in gewisser Weise wie in Atomen verhalten – so ordnen sie sich vergleichbar in diskreten Schalen und Energiezuständen an. Deswegen vermuten Forscher schon lange, dass die Teilchen auch andere spezifische Quanteneffekte zeigen, zum Beispiel eben besagte Cooper-Paare. Um diese Hypothese zu testen, konstruierten Kresin und sein Team Superatome aus 31 bis 95 Aluminiumatomen und maßen die so genannte Photoionisierung. Normalerweise bilden sich Cooper-Paare im Aluminium erst bei etwa 1 Kelvin, einige der Cluster dagegen gehören mit einer kritischen Temperatur von 100 Kelvin schon zu den Hochtemperatursupraleitern. Die Forscher hoffen, damit Zugang zu einer neuen supraleitenden Materialklasse gefunden zu haben, mit der sich die Sprungtemperaturen weiter in die Höhe treiben lassen.

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