Forscher: Das Geheimnis des Supraleiters Magnesiumdiborid liegt in der doppelten Energielücke

Steven Louie und seine Kollegen der Universität von Kalifornien in Berkeley untersuchten die Supraleitung von Magnesiumdiborid mittels Computersimulationen. Diese können die supraleitenden Eigenschaften aus einer Kenntnis des Kristallaufbaus vorhersagen. Ihnen zu Folge besitzt Magnesiumdiborid zwei Energielücken in den supraleitenden Zustand mit Übergangstemperaturen von 15 und 45 Kelvin. Die Kombination dieser beiden Lücken führt zu der in Experimenten beobachteten kritischen Temperatur von 39 Kelvin. Die neue Theorie erklärt auch den bisher ungeklärten Temperaturverlauf der Wärmekapazität des Supraleiters.

In gewöhnlichen Supraleitern wird das Verschwinden des elektrischen Widerstands und damit die Supraleitung durch die Bildung von Elektronenpaaren unterhalb einer kritischen Temperatur ausgelöst. In diesem Temperaturbereich ist der supraleitende Zustand energetisch günstiger als der Normalzustand, und die hiermit verbundene Energieabsenkung wird als Energielücke bezeichnet. Alle bisher bekannten gewöhnlichen Supraleiter weisen nur eine Energielücke und eine kritische Temperatur von nur wenigen Grad über dem absoluten Nullpunkt auf.

Die hohe kritische Temperatur von Magnesiumdiborid hat daher seit ihrer Entdeckung intensive Diskussionen in der Fachwelt ausgelöst. Sie ist zwar mehr als 100 Grad tiefer als die Übergangstemperaturen von auf Kupferoxid basierenden Hochtemperatursupraleitern, doch diese sind viel komplizierter gebaut als gewöhnliche Supraleiter. Die Ursache der Hochtemperatursupraleitung ist zudem bisher noch nicht geklärt. Daher sind gewöhnliche, gut verstandene Supraleiter der Klasse von Magnesiumdiborid für kommerzielle Anwendungen immer noch von hohem Interesse.