Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Durchbruch im Verständnis des Stromtransports in Hochtemperatur-Supraleitern

02.06.2005


Supraleitender Stromtransport durch eine Korngrenze: Abgebildet sind die Stromlinien eines supraleitenden elektrischen Stromes und das erzeugte Magnetfeld (Graustufen). Die Position der Korngrenze ist durch die horizontale weiße Linie markiert.


Atomare Struktur einer Korngrenze in YBa2Cu3O7: Das Fünfeck markiert eine Versetzung, also eine Zone mit starken Verzerrungen der Atompositionen. Diese sind für die Unterdrückung des supraleitenden Stromes verantwortlich.


Ein Durchbruch im Verständnis des Stromtransports in Hochtemperatur-Supraleitern ist einem internationalen Forscherteam mit Beteiligung von Physikern der Universität Göttingen gelungen. Zusammen mit Experten aus den USA und Japan hat Privatdozent Dr. Christian Jooß vom Institut für Materialphysik die Auswirkungen so genannter Korngrenzen untersucht: Diese entstehen im Zusammenhang mit der unterschiedlichen Ausrichtung von Kristallen in supraleitenden Materialien und führen zu einer dramatischen Reduzierung ihrer Stromtragfähigkeit. Die Ursachen dafür waren bislang unbekannt. Mit der Entschlüsselung der zugrundeliegenden Mechanismen konnten die Wissenschaftler auch Wege zur Überwindung dieser Stromunterdrückung erproben. "Damit stehen jetzt eine ganze Reihe von Methoden zur Verfügung, sehr hohe verlustfreie Stromtragfähigkeiten von Hochtemperatur-Supraleitern zu erreichen", erläutert Dr. Jooß. Über die aktuellen Forschungsergebnisse informiert das Wissenschaftsmagazin Nature in seiner Ausgabe vom 26. Mai 2005.


Durchbruch im Verständnis des Stromtransports in Hochtemperatur-Supraleitern - Internationales Forscherteam entschlüsselt Mechanismen so genannter Korngrenzen in Polykristallen

Ein Durchbruch im Verständnis des Stromtransports in Hochtemperatur-Supraleitern ist einem internationalen Forscherteam mit Beteiligung von Physikern der Universität Göttingen gelungen. Zusammen mit Experten aus den USA und Japan hat Privatdozent Dr. Christian Jooß vom Institut für Materialphysik die Auswirkungen so genannter Korngrenzen untersucht: Diese entstehen im Zusammenhang mit der unterschiedlichen Ausrichtung von Kristallen in supraleitenden Materialien und führen zu einer dramatischen Reduzierung ihrer Stromtragfähigkeit. Die Ursachen dafür waren bislang unbekannt. Mit der Entschlüsselung der zugrundeliegenden Mechanismen konnten die Wissenschaftler auch Wege zur Überwindung dieser Stromunterdrückung erproben. "Damit stehen jetzt eine ganze Reihe von Methoden zur Verfügung, sehr hohe verlustfreie Stromtragfähigkeiten von Hochtemperatur-Supraleitern zu erreichen", erläutert Dr. Jooß. Über die aktuellen Forschungsergebnisse informiert das Wissenschaftsmagazin Nature in seiner Ausgabe vom 26. Mai 2005.


Supraleitende Materialien haben die Eigenschaft, elektrischen Strom bei tiefen Temperaturen ohne merklichen Widerstand zu leiten. Dieser Effekt beruht auf einer kollektiven Abstimmung von Milliarden von Elektronen. Während konventionelle Supraleiter dazu eine Kühlung von mehr als -250 Grad Celsius erfordern, weisen Hochtemperatur-Supraleiter diese Fähigkeit schon bei Temperaturen von bis zu -108 Grad Celsius auf. Bei der Entwicklung von supraleitenden Materialien wie Kabeln kommt es dabei unvermeidlich zur Bildung von Korngrenzen, da die Züchtung kilometerlanger Kristalle mit gleichmäßiger Ausrichtung (Einkristalle) nicht möglich ist. Die Veränderungen in der Kristallstruktur - die Wissenschaftler verwenden dafür den Begriff der Polykristalle - führen zu Verschiebungen der Atome in ihrer idealen Gitterposition. Dies ändert die Struktur und Zusammensetzung des Materials in Abständen von bis zu 1,5 Nanometern an der Korngrenze. Dabei entstehen eine Sauerstoffverarmung und ungünstige elektrisch geladene Zonen auf der Nanometerskala, was zu der drastischen Reduzierung der Stromtragfähigkeit führt.

Dem internationalen Wissenschaftlerteam ist es im vergangenen Jahr gelungen, diese nanoskaligen Raumladungszonen mit modernen Methoden der Elektronenmikroskopie erstmals sichtbar zu machen. Für ihre Untersuchungen zum Phänomen der Korngrenzen verwendeten die Forscher dabei das Material YBa2Cu2O7, das supraleitende Fähigkeiten bei bis zu -181 Grad Celsius aufweist. Zur Überwindung der Stromunterdrückung an den Korngrenzen setzten die Forscher Zusatzstoffe wie Kalzium ein. Sie vermindern die Spannungen in der Gitterstruktur und erhöhen die Sauerstoffkonzentration. Hochtemperatur-Supraleiter sind zukunftsweisende Materialien für Hochfeld-Elektromagnete in medizinischen Anwendungen wie in der Magnetischen Tomographie, für verlustarme Stromleitungen über große Distanzen, für supraleitende Motoren und Stromgeneratoren mit hohem Wirkungsgrad. Prototypen von elektrischen Leitern werden bereits in der Energietechnik eingesetzt.

An den Forschungsarbeiten zu den Strömen in Hochtemperatur-Supraleitern waren unter anderem Wissenschaftler des Brookhaven National Laboratory und des Oak Ridge National Laboratory (USA) sowie der Universität Tokio (Japan) beteiligt. Zur Göttinger Arbeitsgruppe von Dr. Jooß gehörte auch Dr. Karsten Guth, der jetzt in der Europäischen Gesellschaft für Leistungshalbleiter mbH (eupec) Entwicklungsarbeiten leitet.

Marietta Fuhrmann-Koch | idw
Weitere Informationen:
http://www.physik.uni-goettingen.de
http://www.gwdg.de/~upmp/neu/Arbeitsgruppen/Jooss

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Eine Extra-Sekunde zum neuen Jahr
08.12.2016 | Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB)

nachricht Heimcomputer entdecken rekordverdächtiges Pulsar-Neutronenstern-System
08.12.2016 | Max-Planck-Institut für Radioastronomie

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Rätsel um Mott-Isolatoren gelöst

Universelles Verhalten am Mott-Metall-Isolator-Übergang aufgedeckt

Die Ursache für den 1937 von Sir Nevill Francis Mott vorhergesagten Metall-Isolator-Übergang basiert auf der gegenseitigen Abstoßung der gleichnamig geladenen...

Im Focus: Poröse kristalline Materialien: TU Graz-Forscher zeigt Methode zum gezielten Wachstum

Mikroporöse Kristalle (MOFs) bergen große Potentiale für die funktionalen Materialien der Zukunft. Paolo Falcaro von der TU Graz et al zeigen in Nature Materials, wie man MOFs gezielt im großen Maßstab wachsen lässt.

„Metal-organic frameworks“ (MOFs) genannte poröse Kristalle bestehen aus metallischen Knotenpunkten mit organischen Molekülen als Verbindungselemente. Dank...

Im Focus: Gravitationswellen als Sensor für Dunkle Materie

Die mit der Entdeckung von Gravitationswellen entstandene neue Disziplin der Gravitationswellen-Astronomie bekommt eine weitere Aufgabe: die Suche nach Dunkler Materie. Diese könnte aus einem Bose-Einstein-Kondensat sehr leichter Teilchen bestehen. Wie Rechnungen zeigen, würden Gravitationswellen gebremst, wenn sie durch derartige Dunkle Materie laufen. Dies führt zu einer Verspätung von Gravitationswellen relativ zu Licht, die bereits mit den heutigen Detektoren messbar sein sollte.

Im Universum muss es gut fünfmal mehr unsichtbare als sichtbare Materie geben. Woraus diese Dunkle Materie besteht, ist immer noch unbekannt. Die...

Im Focus: Significantly more productivity in USP lasers

In recent years, lasers with ultrashort pulses (USP) down to the femtosecond range have become established on an industrial scale. They could advance some applications with the much-lauded “cold ablation” – if that meant they would then achieve more throughput. A new generation of process engineering that will address this issue in particular will be discussed at the “4th UKP Workshop – Ultrafast Laser Technology” in April 2017.

Even back in the 1990s, scientists were comparing materials processing with nanosecond, picosecond and femtosesecond pulses. The result was surprising:...

Im Focus: Wie sich Zellen gegen Salmonellen verteidigen

Bioinformatiker der Goethe-Universität haben das erste mathematische Modell für einen zentralen Verteidigungsmechanismus der Zelle gegen das Bakterium Salmonella entwickelt. Sie können ihren experimentell arbeitenden Kollegen damit wertvolle Anregungen zur Aufklärung der beteiligten Signalwege geben.

Jedes Jahr sind Salmonellen weltweit für Millionen von Infektionen und tausende Todesfälle verantwortlich. Die Körperzellen können sich aber gegen die...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

ICTM Conference 2017: Production technology for turbomachine manufacturing of the future

16.11.2016 | Event News

Innovation Day Laser Technology – Laser Additive Manufacturing

01.11.2016 | Event News

#IC2S2: When Social Science meets Computer Science - GESIS will host the IC2S2 conference 2017

14.10.2016 | Event News

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Einzelne Proteine bei der Arbeit beobachten

08.12.2016 | Biowissenschaften Chemie

Intelligente Filter für innovative Leichtbaukonstruktionen

08.12.2016 | Messenachrichten

Seminar: Ströme und Spannungen bedarfsgerecht schalten!

08.12.2016 | Seminare Workshops