Supraleitende Folie aus Nanodrähten

Was wie ein verbranntes Stück Papier aussieht, ist ein hauchdünner Supraleiter, den das Team von Uwe Hartmann (r.), hier mit Doktorand Xian Lin Zeng, entwickelt hat. (Bild: O. Dietze / UdS)

Es ist eine neue Klasse von Supra­leitern: Experimental­physiker aus dem Forscher­team um Uwe Hartmann von der Univer­sität des Saar­landes haben einen dünnen Nano-Stoff entwickelt, der supra­leitende Eigen­schaften hat. Ab etwa 73 Kelvin trans­portiert er elektrischen Strom verlust­frei, lässt Magnete schweben und schirmt Magnet­felder ab. Das Besondere: Die Forscher haben dabei Fasern mit supra­leitenden Nano­drähten zu einem Stoff verwebt, der hauchfein, biegsam und flexibel ist wie Frischhalte­folie. Dies ermöglicht neuartige Beschich­tungen, etwa für Weltraum und Medizin.

Auf den ersten Blick sieht es wie ein verko­keltes schwarzes Stück Papier aus. Aber das unschein­bare Blatt leitet tief gekühlt elek­trischen Strom widerstands­los und verlustfrei. Heute übliche Supra­leiter sind starr, spröde und haben eine hohe Dichte, was sie schwer macht. Die Saarbrücker Experimental­physiker haben die supra­leitenden Eigen­schaften in eine dünne, anschmieg­same Folie gepackt. Der Stoff ist ein Gewebe aus Kunststoff-Fasern und Hoch­temperatur-supra­leitenden Nano­drähten. „Das macht ihn formbar und anpassungs­fähig wie Frischhalte­folie. Theore­tisch könnte er in jeder Größe herge­stellt werden. Hierzu benötigen wir weniger Ressourcen als die üblicher­weise für Supraleiter verwen­deten Keramiken, was das Geflecht auch günstiger macht“, erklärt Uwe Hartmann.

Mikroskopische Aufnahme der supraleitenden Nanodrähte. (Bild: AG Hartmann, UdS)

Vor allem das geringe Gewicht der Folie ist ein Vorteil. „Mit einer Dichte von 0,05 Gramm pro Kubik­zentimeter ist der Stoff sehr leicht, das ist etwa ein Hundertstel eines herkömm­lichen Supra­leiters. Damit ist er interessant überall dort, wo es auf Gewicht ankommt. Zum Beispiel in der Weltraum­technik. Auch in der Medizin­technik könnte er zum Einsatz kommen“, erklärt Hartmann. Als neuartige Beschich­tung könnte er bei kalten Tempera­turen elektro­magnetische Felder abschirmen, in flexiblen Kabeln zum Einsatz kommen oder für reibungs­freies Gleiten sorgen.

Um den neuar­tigen Stoff zu weben, haben die Experimental­physiker ein Elektro­spinn-Verfahren genutzt, das üblicher­weise für Kunst­stoffe zum Einsatz kommt. „Wir pressen dabei einen flüssigen Ausgangs­stoff durch eine sehr feine Düse, die unter elek­trischer Spannung steht. Heraus kommen Nanodraht-Fäden mit Durch­messern von etwa 300 Nanometer und weniger. Danach erhitzen wir das Geflecht so, dass Supra­leiter in der richtigen Zusammen­setzung entstehen. Sie bestehen aus Yttrium- Barium-Kupfer-Oxid oder aus ähn­lichen Verbindungen“, erläutert Michael Koblischka, Wissen­schaftler in Hartmanns Arbeits­gruppe. (Quelle: UdS / pro-physik.de)

Referenz: X. L. Zeng et al.: Electrostatically Confined Monolayer Graphene Quantum Dots with Orbital and Valley Splittings, Supercond. Sci. Technol. 30, 035014 (2017); DOI: 10.1088/1361-6668/aa544a

Link: AG Nanostrukturforschung und Nanotechnologie (U. Hartmann), Universität des Saarlandes, Saarbrücken

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