Manipulation von Atomen zur Herstellung besserer Supraleiter

Wissenschaftler interessieren sich seit langem für Supraleiter – Materialien, die Elektrizität ohne Energieverlust übertragen – wegen ihres Potenzials, eine nachhaltige Energieproduktion voranzutreiben. Große Fortschritte waren jedoch begrenzt, da die meisten Materialien, die Elektrizität leiten, sehr kalt sein müssen, und zwar zwischen -425 und -171 Grad Fahrenheit, bevor sie zu Supraleitern werden.

Eine neue Studie von Forschern der University of Illinois at Chicago, die in der Zeitschrift Nature Communications veröffentlicht wurde, zeigt, dass es möglich ist, einzelne Atome so zu manipulieren, dass sie in einem kollektiven Muster arbeiten, das das Potenzial hat, bei höheren Temperaturen supraleitend zu werden.

„Dieser erfolgreiche Proof of Concept eröffnet beispiellose Möglichkeiten, neue intelligente Materialien und schließlich einen Raumtemperatur-Supraleiter zu entwickeln“, sagte Dirk Morr, korrespondierender Autor und UIC-Professor für Physik am College of Liberal Arts and Sciences.

Morr und seine Kollegen, darunter Hari Manoharan von der Stanford University, verwendeten eine Technik, die als atomare Manipulation bekannt ist, um einzelne Kobaltatome auf einer metallischen Kupferoberfläche in einem perfekt geordneten hexagonalen Muster, dem so genannten Kondo-Tropfen, zu platzieren.

„Wir hatten theoretisch vorausgesagt, dass dieses nanoskopische System für bestimmte Abstände zwischen den Kobaltatomen anfangen sollte, ein kollektives Verhalten zu zeigen, während es für andere Abstände kein kollektives Verhalten zeigen sollte“, sagte Morr.

Die Vorhersagen wurden durch Experimente bestätigt, die zeigten, dass das kollektive Verhalten in Kondo-Tröpfchen mit nur 37 Kobaltatomen auftritt.

„Dies ist ein wichtiger Schritt nach vorn, denn die Schaffung von kollektivem Verhalten ist der grundlegende Baustein, aus dem die Supraleitung entsteht. Damit kommen wir der Entwicklung einer Theorie einen Schritt näher, die den Prozess beschreibt, wie Materialien bei Raumtemperatur supraleitend werden können“, sagte Morr. „Diese Arbeit ist ein Beispiel dafür, dass man über den Tellerrand hinausschaut und Prinzipien aus anderen Forschungsbereichen zur Förderung von Innovationen nutzt. Wir hoffen, dass diese Entdeckung zu neuen Supraleitern führen und nachhaltige Energiesysteme verbessern wird“.