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Rätsel um Supraleiter Magnesiumdiborid gelöst

Zwei amerikanischen Wissenschaftlerteams ist es gelungen, die Frage zu erhellen, wieso der besonders einfach gebaute Supraleiter Magnesiumdiborid bei überraschend hohen Temperaturen immer noch supraleitend ist. Wie sie in ihren Veröffentlichungen in den Physical Review Letters berichten, schwingt das Kristallgitter dieses Supraleiters in einer für den Stromfluss idealen Weise, was zu einem Verschwinden des elektrischen Widerstandes führt.

Die Physiker aus Argonne und Gaithersburg untersuchten fundamentale Schwingungen des Kristallgitters von Magnesiumdiborid mit Hilfe von Neutronenstrahlen. Die daraus gewonnenen Erkenntnisse über die Art der Gitterschwingungen erklären dann mit Hilfe der BCS-Theorie der Supraleitung, wieso Magnesiumdiborid sich selbst bei 40 Grad über dem absoluten Nullpunkt immer noch im supraleitenden Zustand befindet. Damit ist ein wichtiges Etappenziel für ein tieferes Verständnis der Vorgänge in Magnesiumdiborid erreicht worden.

Das Besondere an Magnesiumdiborid ist sein einfacher Aufbau, der es für viele technische Anwendungen interessant werden lässt. Allerdings war bisher unklar, wieso dieses Material ein so guter Supraleiter ist. Nach den Kristallgitteranalysen erklärt sich dies nun zwanglos aus der so genannten BCS-Theorie, wonach die Stromleitung in Supraleitern mit Hilfe von Elektronenpaaren erfolgt, welche mit Kristallschwingungen wechselwirken. Diese sogenannten Cooperpaare können dann den Kristall ohne Widerstand durchqueren. Die Elementarschwingungen des analog zu Bienenwaben aufgebauten Kristallgitters von Magnesiumdiborid erwiesen sich als besonders förderlich für diesen Vorgang.

Stefan Maier
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