Materialwissenschaft
Pyrolytisches Graphit – ein Supraleiter bei Raumtemperatur und Umgebungsdruck?
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Seit Jahrzehnten gibt es nur wenige Errungenschaften, an denen Wissenschaftler arbeiten und die oft als das ‘heilige Gral’ ihrer jeweiligen Fachgebiete bezeichnet werden. Für die saubere Energieerzeugung wäre das Kernfusion – derselbe Prozess, der die Sonne antreibt und uns nahezu unbegrenzte, emissionsfreie Energie liefern könnte. Für die Materialwissenschaft ist es ein Supraleiter bei Raumtemperatur und Umgebungsdruck (RT-AP).
Eine solche Entwicklung würde ermöglichen, Strom praktisch verlustfrei zu übertragen, unsere Stromnetze zu transformieren und enorme Fortschritte in Elektronik und Computing zu ermöglichen. Aus diesem Grund war die Welt Mitte 2023 gespannt, als die Nachricht brach, dass eine Substanz namens LK-99, die angeblich als RT-AP‑Supraleiter wirkt, entdeckt worden sei. Während weitere Untersuchungen zeigten, dass dies nicht der Fall war, wurden Wissenschaftler nicht davon abgehalten, das wahre Material zu finden.
Mit diesem Hintergrund könnte ein kürzlich veröffentlichtes Papier in Advanced Quantum Technologies von einer Forschergruppe, die mit dem Schweizer Unternehmen Terra Quantum verbunden ist, Fortschritte in diesem Bereich gemacht haben und erklärt,
„Wir haben die erste jemals beobachtete globale Supraleitung bei Raumtemperatur und Umgebungsdruck gemeldet.“
Das betreffende Material, das dieser Beschreibung zufolge passen soll, ist als Pyrolytisches Graphit bekannt.
Ist Pyrolytisches Graphit der erste RT-AP‑Supraleiter?
In dem Papier ‘Global Room-Temperature Superconductivity in Graphite‘ beobachtete das Forscherteam, was sie für eine Supraleitung bei Raumtemperatur in ‘abgespaltenem hochorientiertem pyrolytischem Graphit (HOPG) mit dichten Reihen paralleler Liniendefekte‘ halten.
Die Studie gibt an, dass sowohl Mehrterminal- als auch Magnetisationsmessungen durchgeführt wurden – jeweils mit Merkmalen einer Supraleitung bei Temperaturen über 300 K.
Während die Ursache für das Verhalten dieses Materials noch nicht vollständig verstanden ist, teilte das Forschungsteam eine Theorie darüber mit, was geschieht.
„Das grundlegende Prinzip, das wir entdeckt haben, ist, dass lineare Defekte in gestapelten Materialien starke Spannungsgradienten‑Fluktuationen erzeugen, die die lokale Paarung von Elektronen zu Kondensattröpfchen induzieren, welche JJA‑ähnliche Strukturen in den Ebenen bilden. Die globale Supraleitung entsteht dann durch die Wirkung der Tunellverbindungen, die die supraleitenden Tröpfchen verbinden. Sind die Tröpfchen hinreichend klein, ist eine relativ hohe kritische Supraleitungstemperatur zu erwarten.“
Interessanterweise stellt das Team fest, dass die Theorie, die das beobachtete Phänomen erklärt, auch auf andere Materialien übertragbar sein könnte, und betont, dass ihre „…Ideen und Konzepte, die in unserer Arbeit untersucht wurden, nicht auf Graphit beschränkt sind. Unser theoretisches Modell ist recht allgemein und weist darauf hin, wo nach weiteren Supraleitern bei Raumtemperatur gesucht werden kann.“ Materialien
Anhaltende Zweifel am Supraleiter
Es sollte beachtet werden, dass heftiger Skeptizismus häufig Behauptungen über die Entdeckung eines RT-AP‑Supraleiters umgibt. Dies liegt nicht nur an der Größe einer solchen Entdeckung, sondern auch an einer langen Geschichte von „Fehlstarts“, bei denen Behauptungen aufgestellt wurden, die kurz darauf von der wissenschaftlichen Gemeinschaft widerlegt wurden. Außergewöhnliche Behauptungen erfordern außergewöhnliche Beweise, und bis heute haben sich diese beiden nicht vereinigt.
Im Fall von Pyrolytischem Graphit werden die vorgebrachten Behauptungen ernsthaft geprüft, da Terra Quantum ein gut finanziertes Unternehmen mit einem ausreichenden Ruf ist, das weitere Untersuchungen rechtfertigt.
Jenseits inkrementeller Fortschritte
Wenn man über die anhaltenden Zweifel an einem weiteren RT-AP‑Supraleiter‑Anspruch hinausblickt, ist es leicht, begeistert zu sein, da eine solche Entdeckung ein großer Fortschritt für die Materialwissenschaft wäre.
Typischerweise erfolgt wissenschaftlicher Fortschritt in inkrementellen Schritten, wobei jeder neue Schritt leicht auf dem vorherigen aufbaut. Hin und wieder gibt es jedoch einen Durchbruch, der das Potenzial hat, unsere Fähigkeiten und unser Verständnis in einem einzigen Schritt erheblich zu beschleunigen. Wenn der Tag kommt, an dem ein RT-AP‑Supraleiter gefunden wird, wird er zweifellos als ein solcher Durchbruch anerkannt werden.
Er würde sofort verschiedene Bereiche revolutionieren, indem er beispiellose Effizienzen bei der Energieübertragung ermöglicht, elektrische Systeme transformiert und neue Grenzen in der Elektronik und magnetbasierten Technologien eröffnet. Dennoch bleiben derzeit Zweifel.
