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Rubrik: Tagesberichte

Buckyballs sind bei 52 Kelvin supraleitend
Faszination Supraleitung

Published: 07.12.2000 06:00
Modified: 07.12.2000 10:57
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Metalle können bei sehr tiefen Temperaturen supraleitend werden, das heisst der elektrische Widerstand ist gleich Null. Ein Forscherteam in den USA konnte zeigen, dass auch organische Kohlenstoffmoleküle unter speziellen Bedingungen bei erstaunlich hohen Temperaturen über diese Eigenschaften verfügen. Einer der beteiligten Forscher arbeitet seit September an der ETH Zürich.



Von Lukas Denzler

"Seit vielen Jahren fasziniert das Phänomen der Supraleitung, und es fasziniert die Wissenschaftler immer wieder von Neuem", sagt Professor Bertram Batlogg. Der Physiker forscht seit diesem September am Laboratorium für Festkörperphysik der ETH Zürich und arbeitet mit einem speziellen Molekül, dem so genannten Buckminsterfullerene oder C60.

Dieses organische Molekül besteht aus 60 Kohlenstoffatomen und sieht aus wie ein Fussball. Erst im Jahre 1985 von Forschern entdeckt, wurde das Molekül nach dem Wissenschaftler und Designer Richard Buckminster Fuller benannt. Buckminster Fuller (auch Bucky genannt) hat den Geodätischen Dom entworfen, welcher in seiner Stabilität und Form an das C60-Molekül erinnert. Heute werden die sieben Angström grossen Moleküle deshalb oft auch nur Buckyballs genannt.

Neuer Rekord für Supraleiter

Vergangene Woche ist in der Fachzeitschrift Nature (www.nature.com/) ein Artikel von Bertram Batlogg und seinen Kollegen erschienen. Den Forschern ist es auf eine neue Art gelungen, den Buckyballs, die normalerweise isolieren, einen metallischen Charakter zu verleihen. Und noch mehr: die Kristalle, die aus regelmässig angeordneten C60-Moleküle bestehen, zeigen bereits bei 52 Kelvin (Minus 221 Grad Celsius) supraleitende Eigenschaften. Das ist ein neuer Rekord. Batlogg hat diese Arbeiten mit seinen Kollegen in den Bell Laboratories in New Jersey durchgeführt, an jenem Ort, wo auch der Transistor und Laser erfunden wurde.

Ein Supraleiter zeichnet sich dadurch aus, dass er keinen elektrischen Widerstand hat und elektrische Ladung ohne Verluste transportieren kann. Metalle erreichen diese Eigenschaften, wenn überhaupt, erst bei sehr niedrigen Temperaturen. Vor 14 Jahren gelang es, Kupferoxid enthaltende Materialien zu entwickeln, die bei etwa Minus 130 Grad Celsius supraleitend werden. Kristalle aus C60-Molekülen haben die Eigenschaften eines Isolators.

Bild Buckyball
Modell eines "Buckyballs", organisches Molekül mit 60 Kohlenstoffatomen. Quelle: fullerne WEB page (http://buckminster.physics.sunysb.edu)

Zwischen den einzelnen Molekülen hat es aber genügend Platz für andere Atome. Durch das Einfügen von Kalium- oder Natriumatomen werden die C60-Moleküle leitend und bei niedrigen Temperaturen supraleitend. Der gleiche Effekt wird auch erzielt, wenn Elektronen weggenommen werden. Die Physiker reden in diesem Fall von "Löchern", weil eben Elektronen fehlen. Der Strom fliesst dann aber in die andere Richtung. Das Entfernen von Elektronen ist auf chemischem Weg nicht möglich, es braucht dazu ein starkes elektrisches Feld. Das äussere Feld wurde in diesem Fall durch das Aufbringen einer isolierenden Schicht und einer Gegenelektrode erzeugt.

Die Grenze ist noch nicht erreicht

Mit dieser Technik des Einführens von "Löchern" konnte die Temperatur, bei welcher C60-Moleküle supraleitend werden, auf 52 Kelvin angehoben werden. Bertram Batlogg ist überzeugt, dass diese Temperatur noch weiter angehoben werden kann. Er will sich aber nicht festlegen, wieviel Grad noch drin liegen. Privat hat der Wissenschaftler bereits Wetten abgeschlossen. Die Arbeiten werden nun auch an der ETH fortgeführt.

Gegenwärtig sind die Ergebnisse vor allem von wissenschaftlichem Interesse. Sie liefern neue Erkenntnisse über Mechanismen der Supraleitung. Die Anwendungsmöglichkeiten sind im Moment sekundär. Bertram Batlogg kann sich jedoch eine potentielle Anwendung für sehr empfindliche Messgeräte vorstellen, die beispielsweise in der medizinischen Forschung eingesetzt werden könnten.

References:
Mehr Informationen zu den Forschungsergebnissen unter: http://www.nature.com
Mehr Informationen zum Thema Buckyball: http://buckminster.physics.sunysb.edu


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