Durchbrüche in der Supraleitung könnten Elektronik und Energiebedarf verändern

Ein kupferfreier Supraleiter bei 30 K

An der National University of Singapore haben Forscher ein neues supraleitendes Material entwickelt, das oberhalb von 30 K funktioniert, ohne auf Kupfer angewiesen zu sein und unter normalem atmosphärischem Druck. 

Dies bedeutet, dass sie zeigt Null elektrischer Widerstand unter Temperaturen höher als -243°C. Das ist relativ "hoch" in der Welt der Supraleiter, wo viele Materialien nur nahe dem absoluten Nullpunkt funktionieren.

Dr. Stephen Lin Er Chow, ein Mitglied des Forschungsteams, erklärte: "Dieses nicht auf Kupfer basierende supraleitende Oxid demonstriert Hochtemperatur-Supraleitung unter atmosphärischem Druck auf Meereshöhe, ohne dass eine zusätzliche Kompression erforderlich ist."

Supraleiter leiten elektrischen Strom widerstandslos, so dass kein Energieverlust entsteht. Ihr Potenzial ist enorm: von Stromnetzen über Magnetschwebebahnen bis hin zu Quantencomputern. Doch bisher mussten sie meist teuer gekühlt oder mit seltenen Materialien betrieben werden. Eine skalierbare, kupferfreie Option, die bei relativ hohen Temperaturen funktioniert, könnte die Kosten senken und ihre Nutzung erweitern.

Das Team aus Singapur entwickelte außerdem einen theoretischen Rahmen zur Identifizierung neuer supraleitender Materialien, der über kupferbasierte Verbindungen hinausgeht und die Suche nach praktischeren Supraleitern erweitert.

Niob-Phosphid: Kupfers Herausforderer in Nanogröße

An der Stanford University haben Forscher unterdessen Folgendes festgestellt Niobphosphid als aussichtsreicher Kandidat für den Ersatz von Kupfer in der Nanoskalenelektronik. Wenn Geräte schrumpfen, verliert Kupfer an Effizienz, aber Niobphosphid behält seine Leitfähigkeit auch in ultradünnen Schichten.

Das ist für alles von Bedeutung, von Mikrochips bis zur Hochgeschwindigkeitsdatenübertragung. Jason Deegan, der über die Stanford-Ergebnisse berichtet, merkt an, dass das Potenzial des Materials zur Wärmereduzierung einen der größten Engpässe der Technologiebranche beheben könnte: das Wärmemanagement in immer kompakteren Geräten.

Außerdem bietet es Vorteile bei der Herstellung. Im Gegensatz zu vielen Alternativen kann Niobphosphid ohne größere Umgestaltungen in bestehende Prozesse integriert werden.

Auswirkungen auf die reale Welt

Die Auswirkungen der beiden Materialien gehen weit über das Labor hinaus.

Supraleiter bei höherer Temperatur könnten helfen verlustfreie Energieübertragung über große Entfernungen, was die Netzeffizienz verbessert. Sie könnten auch die Energieverschwendung im Verkehr und in der Dateninfrastruktur verringern.

Gleichzeitig könnten verbesserte nanoskalige Leiter wie Niobphosphid dazu führen, dass kühlere, schnellere und kompaktere Elektronikund verbessert alles, von mobilen Geräten bis hin zu Rechenzentren.

Unternehmen wie American Superconductor Corporation (AMSC) haben diese Entwicklungen bereits im Blick. AMSC entwickelt netz- und militärtaugliche Supraleitersysteme und ist gut positioniert, um von der Beschleunigung der Durchbrüche in der Materialwissenschaft zu profitieren.

Der Weg in die Zukunft

Auch wenn die Skalierung und Kommerzialisierung dieser Materialien nach wie vor eine Herausforderung darstellt, wird das Tempo der Entdeckungen immer höher. Was einst theoretisch war, rückt immer näher an die reale Anwendung heran.

Da die Supraleitung immer weniger von exotischen Bedingungen abhängt und Kupferalternativen immer praktikabler werden, könnte die globale Energie- und Elektroniklandschaft vor einem großen Wandel stehen - einem Wandel, bei dem Effizienz, Widerstandsfähigkeit und Nachhaltigkeit Hand in Hand gehen.