Supraleiter zeichnen sich dadurch aus, dass sie unterhalb bestimmter Temperaturen keinen elektrischen Widerstand aufweisen und so eine verlustfreie Übertragung von Strom ermöglichen. Die physikalischen Grundlagen von Supraleitern sind allerdings wegen ihrer Komplexität bisher nur ansatzweise geklärt. Deshalb wurden supraleitende Materialien bisher nur auf experimentellem Weg, häufig auch durch Zufall entdeckt. Nun ist es einem internationalen Forscherteam gelungen, einen völlig neuen Supraleiter allein mit Hilfe von Berechnungen am Computer zu finden. Das Material heißt Eisenborid, ist extrem hart und hat eine Kristallstruktur, die in der Natur so nicht vorkommt.

Aus zentralen Bereichen von Forschung und Technologie sind Supraleiter heute nicht mehr wegzudenken. Sie kommen beispielsweise in der Energietechnik zum Einsatz sowie überall dort, wo starke Magnetfelder benötigt werden – wie etwa in der Medizintechnik und in Teilchenbeschleunigern. Weltweit besteht ein hohes Interesse an der Entwicklung neuer supraleitender Materialien. Diese sollen leistungsfähiger als die bisher verwendeten Supraleiter sein und mindestens ebenso kostengünstig im Industriemaßstab hergestellt werden können.

Dem internationalen Forschungsteam unter der Leitung von Natalia Dubrovinskaia und Leonid Dubrovinsky an der Universität Bayreuth ist es jetzt mithilfe leistungsstarker Hochdrucktechnologien erstmals gelungen, ein Material, dem in der Theorie supraleitende Eigenschaften zugeschrieben worden sind, zu synthetisieren und als Supraleiter zu identifizieren. Es handelt sich dabei um Eisentetraborid (FeB4). Dieses Material, das in der Natur nicht vorkommt und nur im Laboratorium unter hohen Drücken entsteht, ist vor kurzem von dem US-Physiker Aleksey N. Kolmogorov (New York State University) in den "Physical Review Letters" als ein potenzieller Supraleiter theoretisch beschrieben worden.

Fast so hart wie Diamant

Diese Prognose konnte nun am Laboratorium für Kristallographie und am Bayerischen Geoinstitut (BGI) der Universität Bayreuth bestätigt werden. Den Forschern ist es gelungen, Eisentetraborid bei Drücken von 8 Gigapascal und bei Temperaturen von rund 1.500 Grad Celsius zu synthetisieren. Messungen der physikalischen Eigenschaften führten anschließend zu dem Ergebnis, dass es sich tatsächlich um einen Supraleiter handelt und die am Computer vorhergesagte Struktur besitzt. Unerwartet war für die Forscher die extreme Härte des Materials mit einer Nanoindentation von 65 Gigapascal. Eisentetraborid ist damit härter als alle bisher bekannten Metallboride. Es ist fast so hart wie Diamant und gehört zur Klasse der superharten Materialien.

"Unsere Forschungsergebnisse zeigen, dass es grundsätzlich möglich ist, supraleitende Materialien allein durch theoretische Berechnungen am Computer von Grund auf zu entwerfen", erklärt Dubrovinskaia. "Mit geeigneten Hochdruck-Verfahren lassen sich diese Ergebnisse empirisch überprüfen. Wir bewegen uns also auf einem spannenden, innovativen Forschungsgebiet. Ausgehend von der Entwicklung extrem harter Supraleiter lassen sich möglicherweise in Zukunft neue supraleitende nano- und mikroelektromechanische Systeme konzipieren." (red, derStandard.at, 12.10.2013)