Der heilige Gral der Physik: Der Weg zu Raumtemperatur-Supraleitern

Die Vision von perfekter Energieübertragung
In der Welt der Physik gibt es eine lang ersehnte Vision: Materialien zu entwickeln, die Elektrizität ohne jeglichen Widerstand leiten können – sogenannte Supraleiter. Wissenschaftler der Penn State University haben nun einen revolutionären Ansatz entwickelt, um solche Materialien zu identifizieren. Diese Methode kombiniert leistungsstarke Computeranalysen mit neuen theoretischen Erkenntnissen und könnte den Weg zu Supraleitern ebnen, die bei höheren Temperaturen arbeiten.

Das Problem mit Supraleitern
Supraleiter sind faszinierend, weil sie Elektrizität ohne Energieverlust übertragen können. Leider funktionieren die meisten nur bei extrem niedrigen Temperaturen, was sie für viele Anwendungen unpraktisch macht. Die Herausforderung liegt darin, Materialien zu entwickeln, die auch bei Raumtemperatur supraleitend sind.

Wie funktioniert Supraleitung?
Laut der Bardeen-Cooper-Schrieffer-(BCS)-Theorie hängt Supraleitung von sogenannten Cooper-Paaren ab – Elektronen, die sich in einem Material so koordinieren, dass sie ohne Widerstand fließen. Stellen Sie sich das wie eine Autobahn für Elektronen vor: Ohne Hindernisse können sie reibungslos und ohne Energieverlust fließen.

Die neue Methode: Zentropy-Theorie und DFT
Das Team von Professor Zi-Kui Liu hat die sogenannte Zentropy-Theorie mit der Dichtefunktionaltheorie (DFT) kombiniert. Diese Methode erlaubt es, die elektronische Struktur von Materialien zu analysieren und vorherzusagen, ob sie sich als Supraleiter eignen. Erste Ergebnisse zeigen, dass sogar Materialien wie Kupfer oder Silber, die bisher nicht als Supraleiter galten, unter bestimmten Bedingungen supraleitend sein könnten.

Zukunftsaussichten
Die Forscher wollen ihre Methode weiterentwickeln, um Materialien zu finden, die bei höheren Temperaturen supraleitend sind – vielleicht sogar bei Raumtemperatur. Ein solcher Durchbruch würde unsere Energie- und Technologieinfrastruktur revolutionieren.