Verknotete Supraleiter

Dallas (USA) - Erste Supraleiter-Kabel leiten sehr effizient Strom ohne jeden elektrischen Widerstand. Sie basieren meist auf spröden, keramischen Hochtemperatur-Supraleitern und erfordern einen hohen Aufwand bei der Fertigung. Leichter, flexibler und zugleich stabiler könnten in Zukunft supraleitende Garne auf der Basis von Magnesiumdiborid werden. Erste Prototypen dieser potenziell vielseitigen Stromkabel präsentierten nun amerikanische Wissenschaftler im Fachblatt „Advanced Materials“.

„Unsere supraleitenden Garne aus Magnesiumdiborid sind flexibel und lassen sich sowohl verweben als auch verknoten“, berichtet die Arbeitsgruppe um Anvar Zakhidov von der University of Texas in Dallas. Die Basis für die neuartigen Stromleitungen bildeten mehrwandige Nanoröhrchen aus Kohlenstoff, die eine hohe Stabilität und eine hervorragende elektrische Leitfähigkeit aufweisen. In einem ersten Schritt züchteten die Wissenschaftler Nanoröhrchen aus der Dampfphase, die in hoher Dichte senkrecht nebeneinander auf einer geeigneten Unterlage wuchsen. Diesen Röhrchenwald setzten sie darauf einer Atmosphäre aus Borbromid und Wasserstoff aus. Dabei zersetzte sich das Borbromid und die Nanoröhrchen konnten mit einer gleichmäßigen Bor-Schicht überzogen werden.

So beschichtet wurden die Nanoröhrchen zu flexiblen und zugleich hochfesten Fäden mit Durchmessern zwischen 50 und 100 Nanometern verdrillt. Es entstanden knapp einen Millimeter lange Fäden, die Zakhidov und Kollegen für eine knappe Stunde bei 900 Grad einem Magnesium-Dampf aussetzten. Dabei reagierte die Bor-Hülle der Nanoröhrchen mit dem Leichtmetall und es bildete sich eine Beschichtung aus dem gewünschten Supraleiter Magnesiumdiborid.

Angeschlossen an einen elektrischen Stromkreise zeigte diese Kombination aus Kohlenstoffnanoröhrchen und Magnesiumdiborid tatsächlich supraleitende Eigenschaften. Widerstandsmessungen zeigten, dass bei einer Kühlung auf etwa minus 240 Grad die neuen, flexiblen Garne in den supraleitenden Zustand wechselten. Dieser blieb auch nach vielfachem Verdrehen und sogar bei verknoteten Garnen erhalten. Zudem waren die in ihrem Innern porös aufgebauten Fäden mit einer Dichte von nur 124 Gramm pro Liter sehr leicht. So lieferte dieses neue Produktionsverfahren die bisher offenbar leichtesten, flexiblen und dennoch hoch stabilen Supraleiter-Garne, die sich prinzipiell sogar in Textilien einweben ließen.

Ein Nachteil gegenüber bereits technisch genutzten Kabeln auf der Basis von keramischen Supraleitern bleibt jedoch die tiefe Sprungtemperatur. So reicht eine günstige Kühlung mit flüssigem Stickstoff nicht aus. Dennoch ist es nicht unwahrscheinlich, dass Magnesiumdiborid-Garne – gekühlt mit teurerem flüssigen Helium - für spezielle Anwendungen und für grundlegende Forschungsarbeiten in Zukunft genutzt werden könnten.