Mit Hochdruck suchen Physiker nach Werkstoffen, die Strom ohne Widerstand leiten. Das Ziel der Forschung ist ein solcher Supraleiter für möglichst hohe Temperaturen. Finnische Forscher beobachteten nun beim leichtesten Metall überhaupt, Lithium, den Sprung in den supraleitenden Zustand.

Helsinki (Finnland) - Obwohl dieser bei extrem kalten, fast minus 273 Grad Celsius stattfand, kann dieses Experiment helfen, die Supraleiter-Theorien zu verbessern.

"Da Lithium ein einfaches elektronisches Leitungsband hat, repräsentiert es einen wichtigen Fall für die Klassifizierung von Supraleitern und Sprungtemperaturen", schreiben Juha Tuoriniemi und seine Kollegen von der Technischen Universität Helsinki in der aktuellen Ausgabe der Zeitschrift "Nature". Sprang das Alkali-Metall bisher nur unter sehr hohen Drücken in den supraleitenden Zustand, beobachtete Tuoriniemi diesen Übergang nun auch unter Normaldruck. Die Sprungtemperatur liegt bei 0,4 Millikelvin.

Erste theoretische Vorhersagen zur Supraleitung von Lithium gingen noch von wahrlich heißen Sprungtemperaturen über 50 Kelvin aus. Doch mit den Experimenten folgte die Ernüchterung. Nahezu zeitgleich vor etwa fünf Jahren berichteten sowohl japanische Forscher als auch Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Chemie in Mainz und des Geophysical Laboratory of the Carnegie Institution in Washington von der Supraleitung des Alkalimetalls unter hohen Drücken. Die Japaner beobachteten, dass die Sprungtemperatur bei 48 Gigapascal (GPa) auf 20 Kelvin ansteigt -- die bisher höchste Sprungtemperatur unter allen chemischen Elementen. Andere Experimente zeigten eine Sprungtemperatur von 16 Kelvin bei 80 GPa. Und bei einem geringeren Druck von 230.000 Atmosphären (23 GPa) sackte auch die Sprungtemperatur auf 9 Kelvin ab. Nur für Normaldruck herrschte unter Physikern Skepsis, ob Lithium überhaupt in den supraleitenden Zustand wechseln kann. Doch genau dies zeigten nun Tuoriniemi und Kollegen in ihrem Experiment.

Kleine Stückchen des hochreaktiven Alkalimetalls verpackten die finnischen Forscher unter einer Schutzatmosphäre aus Argon in eine dünne Kupferfolie. Diese konnte eine gute thermische Verbindung zum Kryostaten gewährleisten. Die Probe ließ sich so auf bis zu 0,1, Millikelvin abkühlen. Besonders wichtig zeigte sich eine magnetische Abschirmung, um mit einer externen Feldstärke von maximal 20 Nanotesla den supraleitenden Zustand nicht zu stören. Technische Anwendungen als Supraleiter wird Lithium mit dieser Sprungtemperatur nahe dem absoluten Nullpunkt nicht haben. Doch ist dieses Ergebnis von großer Bedeutung, um die Theorien der Supraleitung weiter überprüfen zu können. Das Ziel ist dabei eine Theorie, mit der die Sprungtemperatur eines Materials schon vor dem Experiment exakt vorausgesagt werden kann.