Funktionieren Hochtemperatur-Supraleiter ähnlich wie konventionelle Supraleiter?
Der grundlegende Mechanismus von Hochtemperatur-Supraleitern ist offenbar gar nicht so verschieden von dem konventioneller Supraleiter. Das berichten Zhi-Xun Shen von der Stanford University und seine Kollegen im Fachmagazin Nature. Sie untersuchten das Verhalten von Elektronen in verschiedenen Kupferoxid-Supraleitern, die zum Teil schon bei minus 140 Grad Celsius supraleitend werden.
ANZEIGE
Shen und seine Kollegen regten die Supraleiter mit Photonen an, deren Energie variierbar war. Bei einem bestimmten Energiewert konnten die Physiker einen abrupten Sprung in der Geschwindigkeit der Elektronen in den Kupferoxid-Supraleitern beobachten. Sie sehen für diesen Sprung als einzig mögliche Erklärung eine so genannte Elektron-Phonon-Kopplung an, die auch bei konventionellen Supraleitern für die Supraleitfähigkeit verantwortlich ist.
Gemäß der 1957 entwickelten BCS-Theorie bilden zwei Elektronen bei Temperaturen, die nicht weit über dem absoluten Nullpunkt von minus 273 Grad Celsius liegen, so genannte Cooper-Paare. Die quantenmechanischen Eigenschaften dieser Paare erlauben ihnen, einen elektrischen Leiter zu durchqueren, ohne mit dessen Atomkernen zusammenzustoßen. Deshalb verschwindet der elektrische Widerstand.
Voraussetzung für das Funktionieren dieses Mechanismus ist eine geringe Wechselwirkung der Elektronen mit den Atomkernen. Während sie vorbeifließen, zerren die Elektronen die Atomkerne etwas von ihrer angestammten Position im Festkörper weg. Eine solche Verzerrung, die sich mit den Elektronen fortbewegt, nennt man Phonon.
Die meisten Physiker gehen bisher davon aus, dass dieser Mechanismus bei höheren Temperaturen nicht mehr funktionieren kann. Wegen einer größeren Wechselwirkung zwischen Elektronen und Phononen sollte demnach das Atomgitter des Leiters so verzerrt werden, dass keine Supraleitung mehr möglich ist. Eine schlüssige Theorie zur Supraleitung bei höheren Temperaturen gibt es noch nicht.
Axel Tillemans
