Aus der Forschung
Prototyp: Spule für einen künftigen Generator an einem mit Flüssigstickstoff gefüllten Kühlbecken. Foto: Siemens
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Zum Thema Supraleitung bauen wir aktuell eine Sonderseite auf, auf der Sie interessante Forschungsprojekte aus den Helmholtz-Zentren finden.
www.helmholtz.de/supraleitung
100 Jahre Supraleitung
Vor 100 Jahren entdeckte der niederländische Physiker Heike Kamerlingh Onnes, dass der elektrische Widerstand von Quecksilber sprunghaft auf Null sinkt, wenn das Metall mit flüssigem Helium auf unter 4,2 Grad Kelvin abgekühlt wird. Schon damals vermutete man, dass dies mit quantenmechanischen Eigenschaften der Materie zusammenhängen müsse, die sich bei tiefen Temperaturen deutlich manifestieren. Erst Ende der 1950 Jahre konnten John Bardeen, Leon Cooper und John Schrieffer eine funktionierende quantenmechanische Theorie der Supraleitung formulieren, wofür sie 1972 den Nobelpreis für Physik erhielten. Mit dem „BCS-Modell“ konnten sie zeigen, dass sich bei tiefen Temperaturen die Leitungselelektronen zu so genannten Cooper-Paaren zusammen tun, die sich ohne jede Wechselwirkung, also widerstandsfrei, durch das Festkörpergitter bewegen.
Vor 25 Jahren entdeckten Johannes Bednorz und Karl Alex Müller aus dem IBM-Forschungszentrum bei Zürich eine neue Klasse von komplex aufgebauten Materialien, die bei sehr viel höheren Temperaturen als die klassischen Supraleiter Strom widerstandsfrei leiten konnten. Schon 1987 wurden sie dafür mit dem Nobelpreis für Physik ausgezeichnet; mit Hochdruck begannen viele Forschungseinrichtungen weltweit an dem neuen Phänomen zu arbeiten. Obwohl die Hochtemperatursupraleitung (HTS) auch heute als nicht vollständig verstanden gilt, gibt es bereits zahlreiche Anwendungen: von supraleitenden Kabeln und Magneten über Strombegrenzer und Transformatoren bis hin zu Generatoren und Motoren. Dazu tragen auch Helmholtz-Wissenschaftlerinnen und –Wissenschaftler bei, vor allem am Karlsruher-Institut für Technologie, am Helmholtz-Zentrum Berlin, am Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf sowie am Forschungszentrum Jülich, aber auch am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt und am Max-Planck-Institut für Plasmaphysik, das als assoziertes Mitglied auch der Helmholtz-Gemeinschaft angehört.
