[ziesell]

Forschung: Dieser Supraleiter funktioniert ohne Kühlung und Druck

Eine kleine Manipulation macht ein Material namens LK-99 supraleitend. Forscher aus Südkorea wissen nun, warum.



Ein bei Arxiv veröffentlichtes Paper (PDF) macht große Versprechungen: Die veröffentlichenden Forscher beschreiben ein Material, das bei Raumtemperatur und Normaldruck supraleitend ist – quasi der heilige Gral der Physik. Bekannt ist das Material allerdings schon länger: Es trägt den Namen LK-99, benannt nach den Forschern Lee und Kim, die es 1999 entdeckten. Im Paper beschreiben die Forscher des Quantum Energy Research Centre in Südkorea die Effekte, die LK-99 supraleitend machen.

Im Gegensatz zu anderen Supraleitern sei LK-99, so die Forscher, nicht durch Elektron-Phonon-Kopplung zu erklären. Vielmehr bildeten sich sogenannte Quantentöpfe (Quantum Wells), welche die Beweglichkeit von Elektronen einschränken. Die bewegten sich dann, so die Forscher, widerstandsfrei, indem sie zwischen den Töpfen tunneln.

Da die Struktur eines Materials seine Eigenschaften bestimme, gingen die Forscher davon aus, dass das Auftreten von Supraleitung auf Strukturänderungen des Materials beruhe – die sowohl als Folge von Druck als auch durch Abkühlen erreicht werden können. Um beides überflüssig zu machen, müsste ein Material also nur die passende Kristallstruktur haben.

LK-99 erzeugt den Druck selbst

Und genau das soll bei LK-99 der Fall sein. Chemisch handelt es sich bei LK-99 um Blei-Apatit, eine Verbindung aus Blei und Phosphat. Die Bleiatome bilden dabei eine innere und eine äußere Säule, die durch das Phosphat getrennt sind.

Bei LK-99 ersetzt Kupfer einige der Bleiatome der äußeren Säule, in den Proben der Forscher weicht jedes zehnte Bleiatom einem Kupferatom. Die Kupferatome haben einen geringeren Radius, was zu Spannungen im Kristallgitter führt. Das Volumen von LK-99 ist daher um 0,48 Prozent geringer als das reinen Blei-Apatits. Die Spannungen verändern zudem die Kristallstruktur, was zur Ausbildung der Quantentöpfe führe.

Ihre Erklärung untermauern die Forscher mit einer Reihe von Messungen. Mittels Röntgenbeugung und Röntgenphotoelektronenspektroskopie untersuchten sie den Kristallaufbau, mit Elektronenspinresonanzspektroskopie fanden sie den vermuteten Quantentopf. Auch den für Supraleiter charakteristischen Meißner-Ochsenfeld-Effekt wollen die Forscher nachgewiesen haben.

Bevor wir allerdings den Durchbruch im Bereich der Supraleiter feiern, lohnt es, erst auf eine unabhängige Bestätigung anderer Forscher zu warten. Auch LK-99 ist mit wirtschaftlichen Interessen verbunden, gegen einen anderen Forscher werden beharrlich Manipulationsvorwürfe erhoben. Sollten andere Gruppen zum selben Ergebnis kommen, wäre LK-99 allerdings sehr vielversprechend: Die Forscher gehen anhand ihrer Daten davon aus, dass es noch bei über 400 Kelvin (127° C) supraleitend ist. Ein Video bei Sciencecast zeigt, wie eine Probe von LK-99 über einem Magneten schwebt.

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