Stellen Sie sich einen Zug vor, der reibungsfrei über die Schienen gleitet, oder ein Smartphone-Ladegerät, bei dem kein einziges Watt ungenutzt verloren geht. Genau solche Perspektiven eröffnet die Supraleitung – ein Phänomen, bei dem elektrischer Strom ohne Widerstand fließt. Doch jahrzehntelang blieb sie nur bei extrem niedrigen Temperaturen verfügbar, die eine teure Kühlung mit flüssigem Helium erfordern.
Eine neue Studie von Wissenschaftlern der Universitäten Utrecht und Leiden sowie aus München bringt das ersehnte Ziel näher. Die heute in der Zeitschrift Science veröffentlichte Arbeit zeigt: Eine der beiden Hauptbedingungen für Supraleitung kann bereits bei Raumtemperatur erfüllt sein. Das ist ein wichtiger Schritt nach vorn, auch wenn das vollständige Bild noch nicht klar ist.
Supraleitung erfordert zwei Dinge. Erstens müssen sich Elektronen zu Cooper-Paaren zusammenschließen. Zweitens müssen sich diese Paare synchron bewegen – die sogenannte Phasenkohärenz. In gewöhnlichen Supraleitern laufen beide Prozesse gleichzeitig bei sehr niedrigen Temperaturen ab. In den in den 1980-er Jahren entdeckten Hochtemperaturmaterialien ist die Situation anders.
Die Wissenschaftler fanden heraus, dass sich Cooper-Paare in solchen Materialien bereits bei Temperaturen bilden, die deutlich über dem Übergangspunkt in den supraleitenden Zustand liegen. „Der ‚Klebstoff‘, der die Paare zusammenhält, ist stark genug, um sie selbst bei Raumtemperatur zu erhalten“, bemerkt einer der Leiter der Studie, Ingmar Swart. Somit bleibt gerade die synchrone Bewegung der Paare der Engpass.
Für die Messungen schuf das Team eine eigene Ausrüstung, die den von einzelnen Elektronen getragenen Strom und den von Paaren getragenen Strom unterscheiden kann. Dies ermöglichte es, direkt zu beobachten, wann und wie die Paarbildung erfolgt. Die Ergebnisse bestätigen: Die erste entscheidende Stufe ist unter gewöhnlichen Bedingungen erreichbar.
Wenn es gelingt, die Phasenkohärenz in den Griff zu bekommen, wird der Weg zur Raumtemperatur-Supraleitung real. Dann entstehen hocheffiziente Stromleitungen, leistungsstarke Quantencomputer und magnetische Schwebebahnen ohne enorme Kühlkosten. Die Forscher planen bereits, sich auf diese zweite Aufgabe zu konzentrieren.
Die Entdeckung verspricht keinen sofortigen Durchbruch, weist aber klar die Richtung für das weitere Vorgehen. Nun ist klar, dass eine der größten Hürden überwindbar ist – und das macht begründete Hoffnung.
