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Neues aus der Welt der Wissenschaft |
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Hochtemperatur-Supraleitung in Metallen simuliert |
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| | | Gleichsam eine Simulation von Hochtemperatur-Supraleitung in hauchdünnen Kupferleitungen melden Tiroler Wissenschaftler. Sie erhoffen sich dadurch bessere Einsichten in das Phänomen der Supraleitung, bei der Strom ohne jeglichen Widerstand - also verlustfrei - fließen kann. |
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Die Forscher um Erminald Bertel, Professor am Institut für Physikalische Chemie der Universität Innsbruck, stellten ihre Ergebnisse in der Wissenschaftszeitschrift "Physical Review B" vor.
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Die Studie "Surface state confinement in a lateral quantum well: The striped Cu(110)(2x1)O surface" ist in "Physical Review B" (Bd. 70, S. 155303, 5.10.04) erschienen. |
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 Original-Abstract in "Physical Review B" |
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Auf der Suche nach Hochtemperatur-Supraleitern |
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Während bei Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt - Null Kelvin oder minus 273,1 Grad Celsius - auch Metalle in den Zustand der Supraleitung übergehen können, sind so genannte Hochtemperatur-Supraleiter keramische Materialien.
Dabei erreichten Physiker und Ingenieure mittlerweile die verlustfreie Leitung von Strom bis immerhin minus 70 Grad Celsius. Die Wissenschaft ist bemüht, die Grenze ständig nach oben zu schrauben.
Immerhin besteht die Hoffnung, dass man irgendwann Strom bei normalen Temperaturen oder nur geringer Kühlung ohne Verluste über weite Distanzen übertragen könnte.
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Keramik lässt nur Oberflächen-Blick zu |
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Speziell für die Forschung haben die bisher für die Hochtemperatur eingesetzten Keramiken einen großen Nachteil: Die verwendeten Keramiken haben eine vergleichsweise komplizierte Struktur, auch kann man praktisch nur die Oberfläche wirklich beobachten.
"Es gibt aber Theorien, dass sich die Vorgänge an der Oberfläche prinzipiell von denen im Inneren unterscheiden, was die Sache natürlich kompliziert", erklärte Bertel gegenüber der APA.
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Vorstadium der Hochtemperatur-Supraleitung in Metallen
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Aufnahme einer Platinoberfläche mit strukturierten Ketten einzelner Atome. Sichtbar gemacht im Raster-Tunnel-Mikroskop.
Bei ihren vom Fonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung (FWF) unterstützten Experimenten haben die Wissenschaftler nun in hauchdünnen Metallschichten Phänomene entdeckt, welche gewisse Ähnlichkeiten mit der Supraleitung haben.
"Um es klarzustellen: Wir haben keine Hochtemperatur-Supraleitung in Metallen erreicht, möglicherweise aber so etwas wie ein Vorstadium", so der Wissenschaftler.
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Nanostrukturen geben Elektronen Richtung vor |
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Normalerweise breiten sich Elektronen in Metallen in alle drei Raumrichtungen aus. Durch die Ausbildung so genannter Nanostrukturen (ein Nanometer ist der millionste Teil eines Millimeters) kann die Bewegungsfreiheit dieser Elektronen so weit einschränkt werden, dass sie sich nur noch in einer Dimension bewegen können.
Die Innsbrucker Physiker haben dazu Oberflächen etwa von Kupfer-Kristallen so oxidiert, dass freie Kupferkanäle von drei Nanometer Breite zwischen Erhebungen von Kupferoxid liegen.
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Kälte lässt Elektronen im Gleichschritt fließen |
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Je nach Temperatur beobachteten die Physiker dabei zwei verschiedene Phänomene. Bei niedrigen Temperaturen marschieren die Teilchen durch die winzigen Kanäle gleichsam im Gleichschritt.
Bei Zimmertemperatur dagegen scheinen sie die Kommunikationsmöglichkeit zu den anderen Elektronen zu verlieren, sie agieren völlig autonom.
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Bessere Beobachtbarkeit |
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Ähnliche Phänomene sind bei der Supraleitung zu beobachten, auch dabei passieren die Übergänge zwischen den zwei Zuständen sprunghaft.
Die Hoffnung auf neue Erkenntnisse über die Hochtemperatur-Supraleitung nährt nicht zuletzt die Tatsache, dass die Elektronen in den dünnen Schichten und Leitungen relativ leicht zu beobachten sind - wesentlich leichter, als Elektronen in Keramiken.
[science.ORF.at/APA, 22.11.04]
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01.01.2010 |
