Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

"Goldrausch" im Chemielabor: Neue Materialien für die Hochtemperatur-Supraleitung gesucht

26.06.2009
Universitäten in Mainz, Paderborn, Princeton und das Max-Planck-Institut für Chemie kooperieren bei der Suche nach geeigneten Kandidaten

Es ist zwar kein Gold, aber seine Entdeckung dürfte fast genauso wertvoll sein: Wer zuerst das geeignete Material für die Hochtemperatur-Supraleitung findet, hält den Schlüssel für völlig neue Zukunftstechnologien in den Händen. "Supraleiter, wie sie heute schon eingesetzt werden, funktionieren nur bei sehr tiefen Temperaturen.

Der Traum wäre ein Hochtemperatur-Supraleiter, der den Strom bei Raumtemperatur ohne Verluste transportieren kann", erklärt Univ.-Prof. Dr. Claudia Felser vom Institut für Anorganische Chemie und Analytische Chemie der Johannes Gutenberg-Universität Mainz.

Im Rahmen verschiedener Forschungskooperationen untersucht die Chemikerin neue Materialien, die als geeignete Kandidaten erscheinen. Hoffnungsträger ist neuerdings eine Verbindung aus Eisen und Selen, das Eisenselenid. Eine Kooperationsarbeit über diese Verbindung wurde nun im Fachmagazin Nature Materials veröffentlicht.

Supraleitung entsteht, wenn bestimmte Materialien durch Herunterkühlen auf eine sehr tiefe Temperatur ihren magnetischen Widerstand verlieren und der Strom verlustfrei fließen kann. Für Blei beispielsweise liegt diese Temperatur bei etwa minus 265 Grad Celsius. Der Kühlaufwand hierfür ist jedoch enorm, weshalb nach Verbindungen gesucht wird, die bei höheren Temperaturen Supraleitung aufweisen: die Hochtemperatur-Supraleiter. Nur ganz wenige Verbindungen zeigen Supraleitung bei Temperaturen über 30 Kelvin, das sind etwa minus 243 Grad Celsius, und diese Verbindungen werden als Hochtemperatur-Supraleiter bezeichnet.

In den Laboren der Chemiker weltweit herrscht Goldgräberstimmung, seitdem vor rund einem Jahr ein neuer Hochtemperatur-Supraleiter entdeckt worden ist: Verbindungen mit Eisenarsenid-Schichten wie zum Beispiel Ba0.6K0.4Fe2As2 in der chemischen Formel. Die Entdeckung war überraschend, weil Eisen ein magnetisches Material ist, Magnetismus und Supraleitung sich aber grundsätzlich ausschließen. "Die Hochtemperatur-Supraleitung ist noch nicht wirklich verstanden. Wir können daher nur annehmen, dass Eisen in den supraleitenden Verbindungen aufgrund einer bestimmten Anordnung seiner Atome im Kristall und der besonderen elektronischen Struktur unmagnetisch wird", erklärt Frederick Casper aus der Arbeitsgruppe von Prof. Felser. "Der Magnetismus wird praktisch ausgetrickst."

Ganz ähnlich wie die komplexen Eisenarsenid-Verbindungen verhält sich auch das Eisenselenid, mit der einfachen chemischen Formel FeSe. In einer Forschungskooperation mit der Hochdruckgruppe von Mikhail Eremets am Max-Planck-Institut für Chemie in Mainz, Gerhard Wortmann von der Universität Paderborn und Robert J. Cava von der Princeton University haben die Wissenschaftler der Universität Mainz nun gezeigt, dass Eisenselenid unter einem Druck von 8,9 Gigapascal bei 36,7 Kelvin zum Supraleiter werden kann im Vergleich zu einer Temperatur von 8,5 Kelvin ohne Druck. Unter Druck geht die sogenannte Sprungtemperatur nach oben, also die Temperatur, bei der ein Material supraleitend wird. Wird der Druck auf die FeSe-Probe noch weiter erhöht, verhält sich das Material wie ein Halbleiter. Diese Erkenntnisse über eine chemisch relativ einfache Verbindung wie FeSe sind von großer Bedeutung im Hinblick auf die Suche nach neuen Hochtemperatur-Supraleitern.

"Mit Eisenselenid wird zu den interessanten Hochtemperatur-Supraleitern ein neues und besonders einfaches Material hinzugefügt", erklärt Felser. Eisenselenid ist deshalb besonders interessant, weil es wie Eisenarsenid-Verbindungen zu flexiblen Drähten verarbeitet werden könnte und auch hohe externe Magnetfelder aushält. "Das wäre der Durchbruch für die Hochtemperatur-Supraleitung", so der Mainzer Physiker Vadim Ksenofontov. Andere Materialien für die Hochtemperatur-Supraleitung sind die Cuprate, Verbindungen mit Kupfer, die allerdings spröde sind wie eine Keramik und sich daher schwer verarbeiten lassen.

Der Druck dient in diesen Versuchen quasi als Stellvertreter für andere Elemente, die in das Material eingebracht werden könnten. "Anstelle des mechanischen Drucks, den wir in den Versuchen erzeugen, kann auch ein chemischer Druck hergestellt werden. Dazu müssten dann kleinere Atome eingebracht werden, sodass alle Atome in der Verbindung näher zusammenrücken müssen", sagt Mikhail Eremets. "Druck ist eine exzellente Methode, um Materialien systematisch auf ihr Potenzial als Supraleiter zu testen", so Felser. Durch die Kooperation der Arbeitsgruppen um Felser, Wortmann und Eremets ist nun auch die Anwendung der Mößbauerspektroskopie unter hohem Druck in Mainz möglich - eine Technik, die weltweit nur an wenigen Plätzen angewendet wird und die bei der Suche nach dem "Traum-Material" sehr hilfreich ist. Dazu werden in Mainz weitere Arbeiten im Rahmen von internationalen Kooperationen folgen.

Originalveröffentlichung:
S. Medvedev, T. M. McQueen, I. A. Troyan, T. Palasyuk, M. I. Eremets, R. J. Cava, S. Naghavi, F. Casper, V. Ksenofontov, G. Wortmann & C. Felser
Electronic and magnetic phase diagram of beta-Fe1.01Se with superconductivity at 36.7 K under pressure

Online publiziert, Nature Materials (14 June 2009) doi:10.1038/nmat2491

Kontakt und Informationen:
Univ.-Prof. Dr. Claudia Felser
Institut für Anorganische Chemie und Analytische Chemie
Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Tel. 06131 39-26266 oder 39-21284
Fax 06131 39-26267
E-Mail: felser@mail.uni-mainz.de

Petra Giegerich | idw
Weitere Informationen:
http://www.superconductivity.de
http://www.nature.com/nmat/journal/vaop/ncurrent/abs/nmat2491.html

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Breaking: the first light from two neutron stars merging

Seven new papers describe the first-ever detection of light from a gravitational wave source. The event, caused by two neutron stars colliding and merging together, was dubbed GW170817 because it sent ripples through space-time that reached Earth on 2017 August 17. Around the world, hundreds of excited astronomers mobilized quickly and were able to observe the event using numerous telescopes, providing a wealth of new data.

Previous detections of gravitational waves have all involved the merger of two black holes, a feat that won the 2017 Nobel Prize in Physics earlier this month....

Im Focus: Topologische Isolatoren: Neuer Phasenübergang entdeckt

Physiker des HZB haben an BESSY II Materialien untersucht, die zu den topologischen Isolatoren gehören. Dabei entdeckten sie einen neuen Phasenübergang zwischen zwei unterschiedlichen topologischen Phasen. Eine dieser Phasen ist ferroelektrisch: das bedeutet, dass sich im Material spontan eine elektrische Polarisation ausbildet, die sich durch ein äußeres elektrisches Feld umschalten lässt. Dieses Ergebnis könnte neue Anwendungen wie das Schalten zwischen unterschiedlichen Leitfähigkeiten ermöglichen.

Topologische Isolatoren zeichnen sich dadurch aus, dass sie an ihren Oberflächen Strom sehr gut leiten, während sie im Innern Isolatoren sind. Zu dieser neuen...

Im Focus: Smarte Sensoren für effiziente Prozesse

Materialfehler im Endprodukt können in vielen Industriebereichen zu frühzeitigem Versagen führen und den sicheren Gebrauch der Erzeugnisse massiv beeinträchtigen. Eine Schlüsselrolle im Rahmen der Qualitätssicherung kommt daher intelligenten, zerstörungsfreien Sensorsystemen zu, die es erlauben, Bauteile schnell und kostengünstig zu prüfen, ohne das Material selbst zu beschädigen oder die Oberfläche zu verändern. Experten des Fraunhofer IZFP in Saarbrücken präsentieren vom 7. bis 10. November 2017 auf der Blechexpo in Stuttgart zwei Exponate, die eine schnelle, zuverlässige und automatisierte Materialcharakterisierung und Fehlerbestimmung ermöglichen (Halle 5, Stand 5306).

Bei Verwendung zeitaufwändiger zerstörender Prüfverfahren zieht die Qualitätsprüfung durch die Beschädigung oder Zerstörung der Produkte enorme Kosten nach...

Im Focus: Smart sensors for efficient processes

Material defects in end products can quickly result in failures in many areas of industry, and have a massive impact on the safe use of their products. This is why, in the field of quality assurance, intelligent, nondestructive sensor systems play a key role. They allow testing components and parts in a rapid and cost-efficient manner without destroying the actual product or changing its surface. Experts from the Fraunhofer IZFP in Saarbrücken will be presenting two exhibits at the Blechexpo in Stuttgart from 7–10 November 2017 that allow fast, reliable, and automated characterization of materials and detection of defects (Hall 5, Booth 5306).

When quality testing uses time-consuming destructive test methods, it can result in enormous costs due to damaging or destroying the products. And given that...

Im Focus: Cold molecules on collision course

Using a new cooling technique MPQ scientists succeed at observing collisions in a dense beam of cold and slow dipolar molecules.

How do chemical reactions proceed at extremely low temperatures? The answer requires the investigation of molecular samples that are cold, dense, and slow at...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - Dezember 2017

17.10.2017 | Veranstaltungen

Intelligente Messmethoden für die Bauwerkssicherheit: Fachtagung „Messen im Bauwesen“ am 14.11.2017

17.10.2017 | Veranstaltungen

Meeresbiologe Mark E. Hay zu Gast bei den "Noblen Gesprächen" am Beutenberg Campus in Jena

16.10.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Mikroben hinterlassen "Fingerabdrücke" auf Mars-Gestein

17.10.2017 | Biowissenschaften Chemie

Vorhersagen bestätigt: Schwere Elemente bei Neutronensternverschmelzungen nachgewiesen

17.10.2017 | Physik Astronomie

Kaiserschnitt-Risiko ist vererbbar

17.10.2017 | Biowissenschaften Chemie