Wissenschaftler haben den ersten unkonventionellen Supraleiter gefunden, dessen chemische Zusammensetzung auch in der Natur vorkommt. Das betreffende Mineral heißt Miassit, eine wirklich eigenartige Substanz. Es gibt nur drei weitere natürliche Supraleiter, aber sie folgen den Regeln der Bardeen-Cooper-Schrieffer-Theorie, der ersten mikroskopischen Theorie der Supraleitung. Im Labor gezüchtetes Miassit ist anders.
Supraleitung bedeutet die Fähigkeit, keinen elektrischen Widerstand zu haben (also Elektrizität ohne Energieverschwendung zu übertragen) und gleichzeitig Magnetfelder aus dem Material herauszudrücken. Dies geschieht unterhalb einer bestimmten kritischen Temperatur. Bei herkömmlichen Supraleitern ist dies auf die Bildung von Elektronenpaaren zurückzuführen, die sich in einem Zustand verbinden. Sie werden als Cooper-Paare bezeichnet. Unkonventionelle Supraleiter weisen stattdessen dieselben makroskopischen Eigenschaften auf, aber etwas anderes verursacht diesen Zustand.
Es gibt noch einen weiteren Unterschied zwischen konventionellen und unkonventionellen Supraleitern. Ersteres hat tendenziell eine kritische Temperatur, die viel näher am absoluten Nullpunkt liegt, während letzteres Hochtemperatursupraleitung aufweisen kann. Wenn wir nun von hohen Temperaturen sprechen, meinen wir über 77 Kelvin, noch weit vom heiligen Gral der Raumtemperatur-Supraleitung entfernt, aber zumindest auf dem Weg.
Hier kommt Miassit ins Spiel. Trotz seiner niedrigen kritischen Temperatur von -267,75 °C (-449,95 °F) teilt es die unkonventionellen Eigenschaften von Supraleitern mit einer höheren kritischen Temperatur und Forscher hoffen, es zu nutzen, um den Ursprung der unkonventionellen Supraleitung besser zu verstehen . Das Mineral hat eine komplexe chemische Formel mit 17 Rhodiumatomen und 15 Schwefelatomen (Rh17S15).
„Intuitiv denkt man, dass dies etwas ist, das absichtlich bei einer gezielten Suche erzeugt wird und dass es in der Natur unmöglich existieren kann“, sagte der leitende Autor Ruslan Prozorov vom Ames National Laboratory in einer Erklärung. „Aber es stellt sich heraus, dass es so ist.“
Miassit in der Natur wurde in der Nähe des Flusses Miass im Oblast Tscheljabinsk, Russland, gefunden. Die Elemente, aus denen es besteht, neigen dazu, mit Sauerstoff zu reagieren, weshalb es ziemlich selten vorkommt. Es wächst auch nicht zu wohlgeformten Kristallen heran, so dass seine Eigenschaften nur durch Laborwachstum beurteilt werden konnten.
Forscher betrachteten Rhodium-Schwefel-Systeme als einen Ort, an dem interessante Supraleiter existieren könnten. Prozorovs Gruppe hielt das Material knapp über dem absoluten Nullpunkt (-273,1 °C/-460 °F) und nachdem die Supraleitung festgestellt war, testeten sie, wie konventionell es war.
Ein Test wird als „Londoner Eindringtiefe“ bezeichnet. In einem herkömmlichen Supraleiter kann ein schwaches Magnetfeld die Masse des Materials auf konstanter Länge durchdringen. Im unkonventionellen Fall ändert sich dies mit der Temperatur.
Ein anderer Ansatz bestand darin, das Material mit hochenergetischen Elektronen zu treffen, was zu Defekten führte. Unkonventionelle Supraleiter reagieren sehr empfindlich auf diese Defekte. Und Miassit verhielt sich wie ein unkonventioneller Supraleiter.
„Es ist, als würde man ein verstecktes Angelloch voller großer, fetter Fische finden. Im Rh-S-System haben wir drei neue Supraleiter entdeckt. Und durch Ruslans detaillierte Messungen haben wir herausgefunden, dass der Miassit ein unkonventioneller Supraleiter ist“, fügte Professor Paul Canfield hinzu , von der Iowa State University und dem Ames Lab. Canfield hat die Miassite für dieses Projekt synthetisiert.
Ein Artikel, der die Ergebnisse beschreibt, wurde in der Zeitschrift Communications Materials veröffentlicht.