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Energiefluss in Supraleitern lässt sich per Laser verfolgen

Sie leiten elektrischen Strom unter einer bestimmten Temperatur ohne Widerstand. Bisher weiß man nur, dass Hochtemperatur-Supraleiter derart funktionieren, aber noch nicht genau wie. Physikern der Universität Duisburg-Essen ist es gelungen, den Energiefluss im Material nachzuverfolgen.

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Seit 2014 verbindet ein Supraleiterkabel zwei Umspannwerke im Zentrum der Stadt Essen. Es ist laut Energieversorger das weltweit längste. Auf einem Kilometer ersetzt es in einem Pilotprojekt die konventionelle Erdleitung und benötigt nur etwa ein Zehntel der Spannung, um eine fünfmal so hohe Strommenge zu transportieren. „Uns reicht es aber nicht zu wissen, dass es funktioniert“, erklärt Uwe Bovensiepen. Er ist Sprecher des Sonderforschungsbereichs Nichtgleichgewichts-Dynamik kondensierter Materie in der Zeitdomäne sowie Mitglied im Center for Nanointegration Duisburg-Essen. „Wir möchten solche komplexen Materialien verstehen.“ Dazu bedienen sich die Wissenschaftler der sogenannten Laser-Stroboskoptechnik: Mit kurzen Lichtpulsen von wenigen Billiardsteln einer Sekunde regen sie das Material an und fragen das Ergebnis mit leicht verzögert abgegebenen Laserpulsen ab. „Das ist in etwa so, als wenn man einen Stein ins Wasser wirft und anschließend die Wellen beobachtet“, sagt Bovensiepen. Dadurch machen sie den Energiefluss sichtbar wie in einem Film, der aus lauter eingefrorenen Einzelbildern besteht: von der Anregung bis zurück zu dem Moment, in dem der Ausgangszustand wieder erreicht ist. Dabei wurde erstmals eine besondere Wechselwirkung bemerkt, bei der angeregte Elektronen und die Atome in der gleichen Frequenz miteinander schwingen: wie eine Stimmgabel, die einen einzigen reinen Ton erklingen lässt. Noch ist nicht bekannt, welchen Einfluss dieser Zustand auf die elektrischen Eigenschaften des Supraleiters hat, aber „irgendetwas Besonderes ist da dran.“ Was das ist, wollen sie im nächsten Schritt herausfinden.

Universität Duisburg-Essen
Forsthausweg 2 
47057 Duisburg 
Ansprechpartner ist Uwe Bovensiepen
Tel.: +49 203379-4566
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