Mit Klebeband vom Halbleiter zum Supraleiter

Toronto (Kanada) – Mit schlichten Klebestreifen lassen sich Materialien mit bisher unerreichten Eigenschaften erschaffen. Diese einfache Fertigungsmethode demonstrierten Physiker der Universität Toronto, indem sie ein Halbleiter-Material in einen Hochtemperatur-Supraleiter verwandelten. Wie sie in der Fachzeitschrift „Nature Communications“ berichten, reicht allein die direkte Nähe eines bekannten Supraleiters aus, um seine widerstandslose Stromleitfähigkeit auf den Halbleiter zu übertragen. Ausgehend von diesem Experiment ließen sich nach Angaben der Forscher nun neue Werkstoffe entwickeln, die beispielsweise für zukünftige Quantencomputer genutzt werden könnten.

„Normalerweise lassen sich Verbindungen zwischen Superleitern und Halbleitern nur mit komplexen Verfahren und großem Aufwand herstellen“, sagt Ken Burch von der University of Toronto. Und für Hochtemperatur-Supraleiter aus sogenannten Cupraten funktionierten selbst diese Methoden bisher nicht. Genau dieses Problem konnte Burch nun zusammen mit US-amerikanischen Kollegen lösen. Dazu drückten sie einen einfachen Klebestreifen auf einen Supraleiter-Kristall aus Wismutstrontiumcuprat. Wieder abgezogen blieb eine extrem dünne Schicht an dem Klebeband haften. Auf ähnliche Weise stellten die Physiker eine zweite dünne Schicht aus Halbleitern wie Wismuttellurid oder Wismutselenid her.

Diese beiden hauchdünnen Kristallschichten mit jeweils völlig unterschiedlichen Eigenschaften legten Burch und Kollegen aufeinander und setzten elektrische Kontakte an dieses Sandwich. Abgekühlt auf etwa minus 190 Grad Celsius schickten sie Strom durch die Schichten. Dabei zeigte sich, dass nicht nur der Supraleiter, sondern auch der Halbleiter keinen elektrischen Widerstand mehr aufwies. Dieses Experiment ist so der erste Beweis, dass sich supraleitende Eigenschaften eines Cuprats auf einen Halbleiter trotz unterschiedlichen Kristallaufbaus übertragen lassen.

Ken Burch ist davon überzeugt, dass seine Klebestreifenmethode für eine Vielzahl von kristallinen Materialien geeignet sein könnte. „Dieses Ergebnis zeigt, dass man neue Materialien nicht mit gigantischen Maschinen und bei extrem tiefen Temperaturen suchen muss.“ Den Nutzen für konkrete Anwendungen kann er in diesem frühen Entwicklungsstadium nur grob umreißen. So seien durch die Verknüpfung von halb- und supraleitenden Eigenschaften bessere Materialien, beispielsweise für Quantencomputer, aber auch effizientere Transistoren mit geringerem Strombedarf vorstellbar.