Vierzig Jahre lang glaubten Forscher an Hochtemperatursupraleitern auf Kupferbasis, dass ihre Kristalle durch und durch homogen seien. Eine neue Studie von Wissenschaftlern der Universität Warwick und der Europäischen Synchrotronstrahlungsquelle (ESRF) zeigt das Gegenteil: Das Material ist ein Mosaik unterschiedlicher Strukturen.
Die Entdeckung des Jahres 1986 – die Kuprate – versprach eine Revolution bei der verlustfreien Energieübertragung. Alle Theorien und Berechnungen beruhten auf der Vorstellung eines einheitlichen Kristallgitters. Nun ist diese Vorstellung widerlegt.
Mithilfe der dreidimensionalen Röntgendiffraktion (3DXRD) blickte das Team erstmals tief ins Innere einer LESCO-Probe – eines Lanthan-Europium-Strontium-Kuprats. Die Messung von Raumtemperatur bis 100 Kelvin offenbarte zwei verschiedene atomare Packungen, getrennt durch ungewöhnlich breite Grenzen – etwa 150 Nanometer.
Diese Grenzen, so der Chemiker Mark Senn, trennen die Bereiche nicht nur, sondern behindern die Supraleitung aktiv. Elektronen, die Paare bilden und sich widerstandsfrei bewegen sollten, stoßen in diesen Zonen auf Hindernisse.
Das Ergebnis erklärt, warum manche Proben besser funktionieren als andere, und erfordert eine Überprüfung vieler früherer Messungen. Künftige Modelle müssen diese innere Ungleichmäßigkeit berücksichtigen.
Die Methode 3DXRD, die durch die Modernisierung der ESRF möglich wurde, wird ähnliche „verborgene“ Strukturen auch in anderen Materialien aufdecken. Die Frage lautet nun: Ist ein Kuprat als ein einziges Material zu betrachten oder als eine Ansammlung mehrerer Materialien in einem Kristall?
Das Verständnis der tatsächlichen Struktur bringt die praktische Anwendung von Supraleitern bei höheren Temperaturen näher.
