Massive Hochtemperatursupraleiter

Hochtemperatursupraleiter werden eine beachtliche Rolle auf dem High-Tech Markt des 21. Jahrhunderts spielen, speziell auf den Sektoren Energietechnik und medizinische Diagnostik. Um diese Vorhersage in die Praxis umzusetzen, müssen in dem Material extrem hohe Suprastromdichten aufrecht erhalten werden, und zwar sowohl in starken Magnetfeldern als auch bei "hohen" Temperaturen, d.h. bei oder in der Nähe der Siedetemperatur des flüssigen Stickstoffs (77 K, - 196 C). Von allen bekannten keramischen Hochtemperatursupraleitern erscheint die Verbindung Y-Ba-Cu-O am erfolgversprechendsten. Sie muss jedoch mit Mitteln der Nanotechnologie hinsichtlich ihrer kristallinen Defektstrukturen gezielt bearbeitet werden, um die "Flussverankerung" zu verbessern, also jene Eigenschaft, die die Grundlage für jedweden verlustfreien Stromtransport in Anwesenheit magnetischer Felder darstellt. Je nach Anwendungskategorie muss das Material in einer von zwei Materialformen hergestellt werden, entweder als "coated conductor" oder als "massiver" Supraleiter mit großem Durchmesser. Die erste Variante stellt den aktuellen Stand der Technik zur Herstellung von "Drähten" bzw. "Bändern" in großen Längen dar und ist zu wählen, wenn die Anwendung den Bau von Spulen oder Kabeln erforderlich macht. Dieser Aspekt wird in dem gegenständlichen Projekt nicht angesprochen. Die zweite Variante bezieht sich auf eine völlig neue Möglichkeit zur Herstellung von "Permanentmagneten" mit unvergleichlich hohen Feldstärken (gegenwärtig bis zu etwa 15 T, je nach Temperatur), die z.B. für Levitation, berührungsfreie Lager, Komponenten von Elektromotoren, u.ä., natürlich aber auch als Hochfeldmagnete selbst, zum Einsatz kommen können. Das vorliegende Projekt beschäftigt sich mit fundamentalen Fragen der Flussverankerung und der Suprastromverteilung in diesen massiven Hochtemperatursupraleitern. Gewaltige Fortschritte in den Herstellungstechnologien ermöglichen es uns heute, Massivproben mit Durchmessern bis zu 10 cm herzustellen, die praktisch aus einem einzigen "Korn" bestehen, d.h. keine Korngrenzen mit großen Korngrenzenwinkeln aufweisen. Wir beabsichtigen, die kristallinen Defektstrukturen für die Flussverankerung durch Nanotechnologie so zu verändern, dass Defekte in der Größenordnung von Nanometern entstehen, z.B. durch sehr gezielte chemische Dotierung, durch die Zugabe von speziell hergestellten normalleitenden Teilchen mit Durchmessern von wenigen Nanometern, oder durch spezielle Bestrahlungstechniken. Ein besonders starker Punkt unseres Projektes liegt darin, dass wir neue, sehr lokalisierte Charakterisierungsmethoden für die Supraströme zur Verfügung haben, die erst kürzlich am Atominstitut entwickelt worden sind. Aus dieser Kombination von innovativen Herstellungs- und Charakterisierungsmethoden ist zu erwarten, dass radikale Durchbrüche in den Eigenschaftsprofilen der Materialien erzielt werden können.

Hochtemperatursupraleiter werden eine beachtliche Rolle auf dem High-Tech Markt des 21. Jahrhunderts spielen, speziell auf den Sektoren Energietechnik und medizinische Diagnostik. Um diese Vorhersage in die Praxis umzusetzen, müssen in dem Material extrem hohe Suprastromdichten aufrecht erhalten werden, und zwar sowohl in starken Magnetfeldern als auch bei "hohen" Temperaturen, d.h. bei oder in der Nähe der Siedetemperatur des flüssigen Stickstoffs (77 K, - 196 C). Von allen bekannten keramischen Hochtemperatursupraleitern erscheint die Verbindung Y-Ba-Cu-O am erfolgversprechendsten. Sie muss jedoch mit Mitteln der Nanotechnologie hinsichtlich ihrer kristallinen Defektstrukturen gezielt bearbeitet werden, um die "Flussverankerung" zu verbessern, also jene Eigenschaft, die die Grundlage für jedweden verlustfreien Stromtransport in Anwesenheit magnetischer Felder darstellt. Je nach Anwendungskategorie muss das Material in einer von zwei Materialformen hergestellt werden, entweder als "coated conductor" oder als "massiver" Supraleiter mit großem Durchmesser. Die erste Variante stellt den aktuellen Stand der Technik zur Herstellung von "Drähten" bzw. "Bändern" in großen Längen dar und ist zu wählen, wenn die Anwendung den Bau von Spulen oder Kabeln erforderlich macht. Dieser Aspekt wird in dem gegenständlichen Projekt nicht angesprochen. Die zweite Variante bezieht sich auf eine völlig neue Möglichkeit zur Herstellung von "Permanentmagneten" mit unvergleichlich hohen Feldstärken (gegenwärtig bis zu etwa 15 T, je nach Temperatur), die z.B. für Levitation, berührungsfreie Lager, Komponenten von Elektromotoren, u.ä., natürlich aber auch als Hochfeldmagnete selbst, zum Einsatz kommen können. Das vorliegende Projekt beschäftigt sich mit fundamentalen Fragen der Flussverankerung und der Suprastromverteilung in diesen massiven Hochtemperatursupraleitern. Gewaltige Fortschritte in den Herstellungstechnologien ermöglichen es uns heute, Massivproben mit Durchmessern bis zu 10 cm herzustellen, die praktisch aus einem einzigen "Korn" bestehen, d.h. keine Korngrenzen mit großen Korngrenzenwinkeln aufweisen. Wir beabsichtigen, die kristallinen Defektstrukturen für die Flussverankerung durch Nanotechnologie so zu verändern, dass Defekte in der Größenordnung von Nanometern entstehen, z.B. durch sehr gezielte chemische Dotierung, durch die Zugabe von speziell hergestellten normalleitenden Teilchen mit Durchmessern von wenigen Nanometern, oder durch spezielle Bestrahlungstechniken. Ein besonders starker Punkt unseres Projektes liegt darin, dass wir neue, sehr lokalisierte Charakterisierungsmethoden für die Supraströme zur Verfügung haben, die erst kürzlich am Atominstitut entwickelt worden sind. Aus dieser Kombination von innovativen Herstellungs- und Charakterisierungsmethoden ist zu erwarten, dass radikale Durchbrüche in den Eigenschaftsprofilen der Materialien erzielt werden können.