Virale neue Supraleitungsbehauptungen lassen viele Wissenschaftler skeptisch werden

Jul 01, 2023

Forscher sagen, sie hätten einen neuen Supraleiter bei Raumtemperatur und Umgebungsdruck entdeckt, doch viele Wissenschaftler sind nicht überzeugt

Wenn Gerüchte Flügel haben, haben außergewöhnliche wissenschaftliche Behauptungen ein Düsentriebwerk. Innerhalb weniger Stunden nach ihrem Erscheinen auf dem Preprint-Server arXiv.org sorgten zwei Artikel eines Wissenschaftlerteams in Südkorea für enormes virales Aufsehen. Der außergewöhnliche Anspruch der Forscher besteht darin, dass sie einen Supraleiter bei Raumtemperatur und Umgebungsdruck entdeckt haben, ein Material, das unter alltäglichen Bedingungen Elektrizität perfekt leiten kann.

Ein echter Umgebungs-Supraleiter wird oft wegen seines Potenzials angepriesen, viele Technologien zu verändern. Es könnte ein vollkommen effizientes Stromnetz, schwebende Züge und kommerziell nutzbare Fusionsreaktoren ermöglichen – die typische Liste geht weiter. Die Autoren schrieben, dass ihre Entdeckung „ein brandneues historisches Ereignis sein wird, das eine neue Ära für die Menschheit eröffnet“. Ihr Experiment muss jedoch noch von der wissenschaftlichen Gemeinschaft ordnungsgemäß untersucht werden, und die Suche nach bahnbrechenden Supraleitern hat eine lange Geschichte mit großen Behauptungen, die am Ende scheitern.

Wenn Elektronen durch ein normales leitfähiges Material, beispielsweise einen Aluminiumdraht, fließen, verhalten sie sich wie Autoscooter und prallen von Atomen ab. All dieses Aufprallen erzeugt Widerstand und verringert den elektrischen Strom. Aber wenn dieser Aluminiumdraht auf etwa ein Kelvin über dem absoluten Nullpunkt (–459 Grad Fahrenheit) abgekühlt wird, passiert etwas Bizarres: Die Verkehrsregeln ändern sich, sodass sich Elektronen zu Paaren zusammenschließen, die reibungslos und ohne Widerstand zwischen den Aluminiumatomen gleiten.

1987 entdeckten Forscher die ersten „Hochtemperatur“-Supraleiter – Materialien, die nur auf 77 Kelvin (–321 Grad F) abgekühlt werden mussten, eine Temperatur, die mit billigem und reichlich vorhandenem flüssigem Stickstoff leicht erreicht werden kann. Diese Materialien waren buchstäblich und im übertragenen Sinne elektrisierend und lösten bei Wissenschaftlern und der Öffentlichkeit eine Welle der Begeisterung für die Möglichkeiten wärmerer Supraleitung aus. Doch ein Großteil der Begeisterung ließ nach, als die Fortschritte langsamer wurden und „Hochtemperatur“-Supraleiter bei kalten Temperaturen stecken blieben und unpraktisch spröde blieben.

Im vergangenen Jahrzehnt haben Forscher eine interessante Alternative verfolgt: Sie entdeckten wasserstoffbasierte Verbindungen, die bei relativ warmen Temperaturen supraleitend sind – allerdings nur, wenn sie einem Druck von mehr als einer Million Atmosphären ausgesetzt sind. Und die Aufrechterhaltung solch hoher Drücke ist noch unpraktischer als die Aufrechterhaltung extrem niedriger Temperaturen.

In ihren neuen Preprint-Artikeln sagen die Forscher, dass LK-99, eine Verbindung aus Blei, Kupfer, Phosphor und Sauerstoff, bei Temperaturen über 400 Kelvin (260 Grad Fahrenheit) und Umgebungsdruck ein Supraleiter ist. Sie enthalten auch ein detailliertes Rezept für die Herstellung rosinengroßer Pellets aus der Masse, das das Mischen präziser Verhältnisse der pulverförmigen Zutaten und das anschließende Backen der Mischung bei hohen Temperaturen erfordert.

Die Autoren berichten auch über die Durchführung von Tests mit LK-99 und sagten, sie hätten festgestellt, dass der elektrische Widerstand bei etwa 378 Kelvin (220 Grad Fahrenheit) stark abfiel und dann bei etwa 333 Kelvin (140 Grad Fahrenheit) nahezu Null erreichte. Obwohl das Kennzeichen der Supraleitung ein elektrischer Widerstand von Null ist, sind weitere Tests erforderlich, um einen echten Supraleiter zu bestätigen. Ein solcher Test betrifft den Meissner-Effekt: Da ein Supraleiter Magnetfelder ausstößt, stößt er andere Magnete ab und erzeugt so einen ikonischen Schwebeeffekt. Die südkoreanischen Forscher stellten ein Video zur Verfügung, das ihrer Meinung nach LK-99 zeigt, das den Meissner-Effekt zeigt, aber Supraleiter sind nicht die einzigen Dinge, die über Magneten schweben – Graphit beispielsweise schwebt auch.

Außergewöhnliche Behauptungen, die der Prüfung nicht standgehalten haben, plagen das Gebiet der Supraleitung seit langem. Nachdem 1987 entdeckt wurde, dass eine Verbindung namens YBCO ein Hochtemperatur-Supraleiter ist, glaubten einige Forscher, Hinweise darauf zu sehen, dass die Verbindung bei Raumtemperatur Supraleitung entwickelt – diese verschwanden jedoch bei näherer Betrachtung. Die Liste der einst vielversprechenden Fehlschläge ließe sich beliebig fortsetzen: Sandwiches aus Aluminium und Kohlenstoff, Kupferchlorid, Verbindungen auf Ammoniakbasis und mehr, die alle die Supraleitung bei Raumtemperatur provozierten, die sich letztendlich als illusorisch erwies.

Ranga Dias, ein Physiker an der Universität Rochester, hat kürzlich mehrere Behauptungen über Raumtemperatur-Supraleiter aufgestellt. Doch Rückzüge und Vorwürfe wissenschaftlichen Fehlverhaltens haben die Glaubwürdigkeit dieser Ergebnisse beeinträchtigt.

All dies bedeutet, dass bei neuen Berichten über Supraleitung bei Raumtemperatur starke Skepsis herrscht – insbesondere bei Berichten, die noch weitgehend nicht durch Fachkollegen überprüft wurden. In diesem jüngsten Fall geben mehrere Details in den Vorabdruckpapieren des südkoreanischen Teams Anlass zur Sorge. James Hamlin, ein Physiker an der University of Florida, weist auf Merkwürdigkeiten bei einer Messung der magnetischen Eigenschaften von LK-99 hin, die ihn zum Nachdenken brachten. „Es ähnelt nicht wirklich meiner Erfahrung bei der Messung dieser Eigenschaften“, sagt er.

Doug Natelson, ein Physiker an der Rice University, entdeckte spontan etwas noch Seltsameres, als er während eines Interviews für diese Geschichte die Vorabdrucke durchging. Beide Papiere enthalten ein Datendiagramm, das die magnetischen Eigenschaften von LK-99 detailliert beschreibt. Beide Diagramme stammen aus demselben Datensatz und sollten daher identisch sein – aber das Diagramm in einem Artikel hat eine Y-Achse mit einem Maßstab, der etwa 7.000-mal größer ist als der andere. Diese Art von Inkonsistenz beweist nichts, deutet aber zumindest auf einen besorgniserregenden Mangel beim Korrekturlesen hin. Scientific American hat das südkoreanische Team um einen Kommentar gebeten, zum Zeitpunkt der Veröffentlichung dieser Geschichte jedoch keine Antwort erhalten.

Um definitive Antworten darüber zu erhalten, was wirklich in LK-99 passiert, ist Geduld erforderlich, da eifrige unabhängige Teams versuchen, die Arbeit des südkoreanischen Teams nachzuahmen. Da das Rezept für die Synthese von LK-99 unkompliziert ist, könnten Ergebnisse in den nächsten Tagen oder Wochen vorliegen. Natelson ist interessiert, aber er hält nicht den Atem an. „Es kommt nicht selten vor, dass Leute seltsame Dinge sehen, die am Ende aber nicht funktionieren“, sagt er.

Und Garistoist freiberuflicher Wissenschaftsjournalist.

Sophie Bushwick

Dan Garisto und das Nature-Magazin