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Bröseliger Supraleiter verträgt höhere Magnetfelder

Eine Forschergruppe der Universität von Durham in Großbritannien hat herausgefunden, dass sich die Eigenschaften eines Supraleiters verbessern lassen, wenn dieser zu einem feinen Pulver zermahlen wird. Während gewöhnliche Supraleiter bei Magnetfeldern von einigen Dutzend Tesla ihre Supraleitfähigkeit verlieren und somit einen elektrischen Widerstand aufweisen, verträgt ein feines Pulver eines bleihaltigen Supraleiters selbst Magnetfelder von etwa 100 Tesla. Darüber berichten die Wissenschaftler in dem Fachblatt Physical Review Letters (Band 91 Nummer 027002). Fraglich ist allerdings noch, ob ein derartiges Pulver zu feinen Drähten für technische Anwendungen verarbeitet werden kann.

Damian Hampshire und seine Kollegen stellten in ihrem Experiment mittels einer mechanischen Mühle ein Pulver eines blei- und schwefelhaltigen Supraleiters her. Die einzelnen Körner wiesen dabei einen mittleren Durchmesser von nur etwa zwanzig Nanometern auf. Das Pulver wurde anschließend wieder zu einem festen Block zusammengepresst, so dass dessen elektrische Eigenschaften bei niedrigen Temperaturen getestet werden konnten.

Wie erwartet wies der Pulver-Block ebenso wie der unberührte Supraleiter bei tiefen Temperaturen keinen elektrischen Widerstand auf ? seine supraleitende Eigenschaft war durch die mechanische Bearbeitung nicht zerstört worden. Im Gegenteil: Wenn der Supraleiter nun in Magnetfelder gebracht wurde, so brach die Supraleitung selbst bei hohen Magnetfeldern von bis zu hundert Tesla nicht zusammen. Die besten kommerziell eingesetzten Supraleiter hingegen beginnen bereits bei Magnetfeldern von einigen Dutzend Tesla, dem Stromfluss einen Widerstand entgegenzusetzen.

Dass der Pulver-Block supraleitende Elektronenpaare (so genannte Cooper-Paare) selbst bei hohen Magnetfeldern ungehindert passieren lässt, liegt an der Streuung von Elektronenpaaren an den Grenzen zwischen den kleinen Körnern. Die Paare werden somit häufig aus ihrer Richtung abgelenkt und befinden sich daher im Mittel weniger oft in Bereichen, in denen das Magnetfeld in den Supraleiter eingedrungen ist. Um die Supraleitung zu zerstören, müssen somit stärkere Magnetfelder angesetzt werden.

Supraleiter versuchen gewöhnlich, Magnetfeldern aus ihrem Innern zu verdrängen. Bei starken Feldern gelingt dies allerdings immer weniger gut, und die Felder dringen an einigen Stellen in den Supraleiter ein. Dieser gleicht dann gewissermaßen einem Schweizer Käse mit vielen Löchern. Die Löcher wiederum behindern die Supraleitung und wachsen mit zunehmender Magnetfeldstärke an, bis die Supraleitung zerstört ist.

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Stefan Maier
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