Supraleitfähig dank Kunststoffklebeband

Wissenschaftler Professor Ken Burch von der Universität in Toronto mit Klebeband und Objektträger.


Ein internationales Team unter Führung kanadischer Physikern hat eine neue Technik entwickelt, die es erstmals ermöglicht, in einem Halbleiter eine Hochtemperatur-Supraleitung zu induzieren. Das Verfahren bereite den Weg für neuartige Geräte und Vorrichtungen, die für Quanten-Computing und für verbesserte Energieeffizienz eingesetzt werden können, frohlocken die Wissenschaftler um Professor Ken Burch von der Universität in Toronto. Möglich macht diesen Erfolg - es klingt banal - eine Kunststoffklebeband.

„Wer hätte gedacht, dass komplett neue Effekte entstehen können, einfach indem man Dinge zusammenklebt?“, berichtet Teamleiter Ken Burch. Hochtemperatur-Supraleiter sind Materialien, die bei Flüssigstickstoff-Temperaturen Elektrizität leiten, ohne sich aufzuheizen und Energie zu verlieren. Im Moment werden sie vor allem für Elektrizitätsleitungen mit niedrigen Verlustraten und als Grundlage für die nächste Generation neuer Computer, sogenannter Quantencomputer, eingesetzt.

Doch nur bestimmte Verbindungen von Eisen, Kupfer und Sauerstoff beziehungsweise Kuprate besitzen die Eigenschaft eines Hochtemperaturssupraleiters. Bislang galt es als unmöglich, Kuprate mit Halbleitern zu verbinden. Folglich waren bisher der praktische Nutzen und die Erforschung möglicher neuer Effekte sehr begrenzt.

Beispielsweise war die Beobachtung des Annäherungseffektes, bei dem Supraleitung in einem Material ebenfalls Supraleitung in einem normalen Halbleiter erzeugt, sehr schwierig. Grund: Die zugrundeliegende Quantenmechanik erfordert es, dass die Materialien beinahe perfekt miteinander in Kontakt stehen.

An dieser Stelle kommt das Klebeband zum Einsatz. „Üblicherweise wurde die Verbindung zwischen Halbleitern und Supraleitern mithilfe von komplexen Materialwachstumsprozessen und der Herstellung von Vorrichtungen erreicht, die kleiner als ein menschliches Haar sind“, erklärt Burch. „Die Kuprate haben jedoch eine völlig andere Struktur und eine komplexe chemische Zusammensetzung, die einfach nicht mit einem normalen Halbleiter vereinigt werden kann.“

Das Team von Wissenschaftlern kam nun auf die Idee, stattdessen Klebeband und gläserne Objektträger zu verwenden, um Hochtemperatur-Supraleiter in unmittelbare Nähe eines speziellen Halbleiters, der als topologischer Isolator bekannt ist, zu bringen.

Zur Erklärung: Topologische Isolatoren haben weltweit die Aufmerksamkeit von Wissenschaftlern erlangt, da sie im Inneren wie Halbleiter agieren, an der Oberfläche jedoch sehr metallisch sind.

Das Ergebnis ihrer kunststoff-klebrigen Innovation kann sich nun sehen lassen: die erstmalige Induktion von Supraleitung in diesen neuartigen Halbleitern.

Quelle
Department of Physics at the University of Toronto