Neuer Werkstoff für Supermagnete

Penn-State-Forscher erforschen Zusammenspiel zwischen Supraleitung und Gitterstruktur

Supraleiter in extremer Vergrößerung (Foto: Chang Laboratory/Penn State)

University Park (pte025/02.04.2026/12:45)

Eine ungeahnte positive Eigenschaft von Eisentellurid (FeTe) haben Forscher der Pennsylvania State University (PSU) vor Kurzem entdeckt. Wenn das Material eine bestimmte Kristallstruktur hat, ist es bei einer Temperatur weit unter Null Grad Celsius supraleitend: Strom fließt hindurch, ohne auf Widerstand zu stoßen. FeTe ist eine exotische Legierung, die für den Bau von Dauermagneten genutzt wird.

Nötig ist es für Supermagnete in Magnetresonanztomographen (MRT) für medizinische Zwecke, in Großforschungsgeräten und dem Teilchenbeschleuniger der europäischen Kernforschungsanlage Cern. Außerdem werden Supraleiter für hochempfindliche Sensoren und in Quantencomputern genutzt, die die Datenverarbeitung revolutionieren. Die Forschungsergebnisse sind in "Nature" publiziert.

Versteckte Eigenschaften

"Im Gegensatz zum bekannten Supraleiter Eisenselenid (FeSe) galt FeTe lange Zeit als magnetisches Metall ohne Supraleitfähigkeit, obwohl es eine fast identische Kristallstruktur aufweist", erklärt leitende PSU-Forscher und Physiker Cui-Zu Chang. "Es blieb ein Rätsel, warum FeTe, gewissermaßen ein Halbbruder, diese wichtige Eigenschaft nicht teilt." Das hat er jetzt mit seinem Team gelöst.

Dies gelang durch die Analyse einer FeTe-Dünnschicht mit einer Technik namens Molekularstrahlepitaxie. Diese erzeugt atomar dünne, außergewöhnlich reine Proben, indem die Ausgangsmaterialien Eisen und Tellur verdampft und auf einem Substrat abgeschieden werden. Als die Forscher diese Probe mit einem Rastertunnelmikroskop auf atomarer Ebene genauer untersuchten, stellten sie fest, dass das Kristallgitter Fehler aufwies. In den Zwischenräumen fanden sich Eisenatome, die die Ebenmäßigkeit des Kristalls störten und der Supraleitfähigkeit im Weg standen.

Gitter komplettiert

Das Team versuchte nicht, die überschüssigen Eisenatome zu entfernen, sondern das Gitter durch zusätzliche Telluratome zu vervollkommnen - mit Erfolg. "Ideales FeTe ist bei einer Temperatur von 13,5 Kelvin (minus 259,6 Grad Celsius) supraleitend", so Chang. Das ist zunächst nur von wissenschaftlichem Interesse, weil es Materialien gibt, die bei höheren Temperaturen supraleitend sind, das sind allerdings Keramiken, die nicht so leicht zu haltbaren Drähten zu formen sind, wie sie etwa für Elektromagnete benötigt werden. Metalle bieten sich hier an.

Die Erkenntnisse können allerdings genutzt werden, um andere Metalllegierungen zu entwickeln, die bei höheren Temperaturen supraleitend werden. "Die Rolle von Kristallgittern wurde bei Supraleitern oft übersehen", sagt Chang. "Unsere Ergebnisse regen dazu an, den Fokus wieder auf das Zusammenspiel zwischen Supraleitung und Gitterstruktur zu richten."

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