Physiker entdecken unerwartete „supraleitende Pfützen“ in Diamanten

Forscher renommierter US-Wissenschaftszentren haben einen wichtigen Durchbruch auf dem Weg zu Quantencomputern und High-Tech-Sensoren erzielt. Physiker des Argonne National Laboratory, der Pennsylvania State University und des Pritzker School of Molecular Engineering der University of Chicago konnten entschlüsseln, wie Supraleitung in bor-dotierten Diamanten entsteht. Dies berichtet Ixbt.com Nachrichten berichtet.

Diamanten interessieren Ingenieure seit langem nicht nur als härtestes Material der Welt, sondern auch wegen ihrer rekordverdächtigen Wärmeleitfähigkeit. Vor mehr als zwanzig Jahren entdeckten Wissenschaftler, dass das Hinzufügen von Bor-Atomen zum Diamantgitter diesen von einem Isolator in einen Supraleiter verwandelt, der elektrischen Strom ohne Widerstand leitet. Der interne Mechanismus dieses Phänomens blieb jedoch bis heute ein völliges Rätsel für die Wissenschaft.

Unerwartete Entdeckung: Die „Pfützen“-Theorie

Im Rahmen der Studie erstellten Physiker dünne Diamantfilme mit gleichmäßig verteilten Bor-Atomen und untersuchten deren mikroskopische Struktur genau. Laut Ixbt.com wurde festgestellt, dass sich innerhalb des Materials, das äußerlich einheitlich erschien, unerwartet mikroskopische supraleitende Bereiche bilden. Die Forscher nannten diese Bereiche symbolisch „Pfützen“.

Es stellte sich heraus, dass sich diese kleinen Bereiche bei Änderung der äußeren Bedingungen ausdehnen und miteinander verbinden können, wodurch ein kontinuierliches supraleitendes Netzwerk entsteht. Am wichtigsten ist, dass die Wissenschaftler bewiesen haben, dass das Verhalten dieser Bereiche steuerbar ist. Ihre Größe und Lage werden direkt durch Temperatur, Magnetfeld, elektrischen Strom, Bor-Konzentration und sogar die Dicke des Diamantfilms beeinflusst.

Eine neue Ära der Quantentechnologien

Die praktische Bedeutung dieser Entdeckung ist immens. Derzeit müssen bei der Entwicklung von Quantensystemen verschiedene Materialien verwendet werden, um klassische und Quantenelektronik zu kombinieren, was den Prozess verkompliziert. Diamant hingegen kann zu einer einzigartigen Plattform werden, die sowohl Halbleiter- als auch Supraleitungseigenschaften gleichzeitig vereint.

Nach Ansicht der Wissenschaftler wird diese Entdeckung in Zukunft die Schaffung von „Quantensystemen im Kristall“ ermöglichen. Infolgedessen werden kompakte Quantenprozessoren, hochempfindliche Sensoren und andere High-Tech-Geräte hergestellt, die sich leicht in die bestehende Silizium-Elektronik integrieren lassen. Dies wird den Übergang zu einer neuen Generation der Computertechnik erheblich beschleunigen.