Welche Materialien können als Supraleiter fungieren?

Welche Materialien können als Supraleiter fungieren? Eine Übersicht über supraleitende Materialien, ihre Eigenschaften und Anwendungen in der modernen Technik.

Welche Materialien können als Supraleiter fungieren?

Supraleiter sind Materialien, die bei sehr niedrigen Temperaturen elektrischen Strom ohne jeglichen Widerstand leiten können. Diese einzigartige Eigenschaft macht sie in vielen technischen Anwendungen äußerst nützlich, insbesondere in Bereichen wie der Magnetresonanztomographie (MRT) und der Datenübertragung. In diesem Artikel werden wir uns die Materialien ansehen, die als Supraleiter fungieren können.

Arten von Supraleitern

Es gibt verschiedene Typen von Supraleitern, die in zwei Hauptkategorien unterteilt werden können:

Konventionelle Supraleiter

Hochtemperatur-Supraleiter

Die meisten konventionellen Supraleiter bestehen aus metallischen Elementen oder Legierungen und haben typische Kritische Temperaturen (T_c), die in den Bereich von 1 bis 20 Kelvin fallen. Hochtemperatur-Supraleiter hingegen, die hauptsächlich aus Kupferoxid-Verbindungen bestehen, haben Kritische Temperaturen über 77 Kelvin.

Konventionelle Supraleiter

Einige der häufigsten konventionellen Supraleitermaterialien sind:

Quecksilber (Hg): Es war das erste entdeckte Supraleitermaterial und hat eine T_c von 4,2 K.

Blei (Pb): Ein weiteres bekanntes Beispiel mit einer T_c von 7,2 K.

Niob (Nb): Niob hat eine der höchsten Kritischen Temperaturen unter den Elementen, etwa 9,3 K.

Niob-Titan (NbTi) Legierung: Häufig verwendet in industriellen Anwendungen wie MRT-Maschinen, T_c von etwa 10 K.

Hochtemperatur-Supraleiter

Hochtemperatur-Supraleiter sind Materialien, die bei relativ höheren Temperaturen supraleitend werden können. Diese Materialien bestehen oft aus oxidischen Verbindungen.

Yttrium-Barium-Kupfer-Oxid (YBCO): Dieses Material hat eine T_c von etwa 92 K und ist einer der bekanntesten Hochtemperatur-Supraleiter.

Bismut-Strontium-Kalzium-Kupfer-Oxid (BSCCO): Verfügt über eine T_c die je nach Zusammensetzung von 85 bis 110 K variiert.

Thallium-Barium-Kalzium-Kupfer-Oxid (TBCCO): Ein weiteres Hochtemperatur-Supraleitermaterial mit T_c oft über 100 K.

Neue Entwicklungen und exotische Materialien

Die Forschung im Bereich der Supraleitung hat auch zur Entdeckung neuer und exotischer Materialien geführt, die supraleitende Eigenschaften aufweisen, manchmal bei noch höheren Temperaturen. Einige dieser Materialien umfassen:

Eisenbasierte Supraleiter: Diese wurden erst vor kurzem entdeckt und umfassen Materialien wie LaFeAs(O,F) mit einer T_c von etwa 26 K.

Wasserstoffsulfid (H₂S) unter hohem Druck: Dieses Material hat bei extrem hohen Drücken eine T_c von bis zu 203 K erreicht.

Lanthanwasserstoff (LaH₁₀): Ein weiteres Hochdruck-Supraleitermaterial mit Berichten über T_c über 250 K unter extrem hohen Drücken.

Die Erforschung und Entdeckung neuer Supraleitermaterialien bleibt ein dynamisches und aufregendes Feld, das möglicherweise zu weiteren technologischen Durchbrüchen führen kann.

Fazit

Supraleiter sind faszinierende Materialien mit potenziellen Anwendungen in vielen Bereichen der Technologie. Von klassischen metallischen Supraleitern wie Quecksilber und Blei bis hin zu modernen Hochtemperatur-Supraleitern und exotischen neuen Materialien bieten sie umfangreiche Möglichkeiten für zukünftige Innovationen. Die kontinuierliche Forschung in diesem Bereich könnte uns eines Tages sogar praktische und wirtschaftlich realisierbare Supraleiter bei Raumtemperatur bringen.