• vom 12.02.2014, 17:16 Uhr

Technologie


Graphen

Strom verlustfrei transportieren




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  • Wiener Forscher: Kalzium macht das "Wundermaterial" Graphen supraleitend.

Wien. Das "Wundermaterial" Graphen hat bemerkenswerte Eigenschaften. Die nur eine Atomlage dünne Kohlenstoffschicht ist durchsichtig, stark und biegsam zugleich und es leitet Strom bei Raumtemperatur besser als viele andere Materialien. Dennoch gibt es noch Verluste. In der Frage, wie man Graphen supraleitend machen, also Strom völlig verlustfrei transportieren kann, sind nun Wiener Forscher einen entscheidenden Schritt weitergekommen, berichten sie im Fachjournal "Nature Communications".


Supraleitende Materialien verlieren beim Unterschreiten einer sehr niedrigen Temperatur - nahe dem absoluten Nullpunkt von Minus 273 Grad Celsius oder null Kelvin - ihren elektrischen Widerstand. Eine besondere Rolle spielt bei diesem Phänomen die Bildung von sogenannten Cooper-Paaren. Das sind Paare von Elektronen, die bei den tiefen Temperaturen die elektromagnetische Abstoßung - sie sind beide negativ geladen - überwinden und dann in einen bestimmten quantenmechanischen Zustand gelangen. Dies ermöglicht letztendlich den verlustfreien Ladungstransport.

Indirekte Messungen
Bisher habe es noch keine Hinweise auf Supraleitung in Graphen, so die Uni Wien. Dagegen könnten andere Kohlenstoffformen, wie Graphit oder Fullerene, durchaus zu Supraleitern werden. Sie benötigen dazu zusätzliche Elektronen, indem der Kohlenstoff mit anderen Materialen dotiert wird. Alexander Grüneis von Fakultät für Physik der Uni Wien hat nun gemeinsam mit deutschen und US-Kollegen untersucht, welche Materialien am besten funktionieren könnten. Sie nutzten eine Methode, die Vorhersagen über die Supraleitung macht, ohne diese tatsächlich zu messen. Die direkte Messung sei deshalb nicht möglich, weil man das Graphen mit seinen Elektronendonoren auf Metall wachsen lässt und daher keine Spannung anlegen kann, so Grüneis.

Der Forscher untersuchte die Auswirkungen der Dotierung von Graphen mit verschiedenen Materialien, wie Cäsium, Rubidium, Kalium, Natrium, Lithium oder Kalzium. Es zeigte sich, dass Kalzium der vielversprechendste Kandidat für die Supraleitung von Graphen ist, die bei einer kritischen Temperatur von 1,5 Kelvin eintritt. Das ist im Vergleich zu Fullerenen, die bereits bei 33 Kelvin supraleitend werden, relativ niedrig.

Grüneis nimmt nicht an, dass mit anderen Materialien als Dotierung höhere Temperaturen erzielbar sind. Höhere kritische Temperaturen könnten möglicherweise nicht nur mit einlagigem, sondern zwei- und mehrlagigem Graphen erzielt werden.




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Dokument erstellt am 2014-02-12 17:20:02



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