3.9.2002 Dünne Filme aus neuem Supraleiter
Amerikanische Materialwissenschaftler haben ein Verfahren entwickelt, um glatte und dünne Filme aus einem neuartigen Supraleiter herzustellen. Wie die Forscher im Fachblatt "Nature Materials" berichten, umgeht die Methode die Nachteile bisheriger Verfahren und könnte den Einzug des Supraleiters in Medizin und Technik beschleunigen.

Vor nicht einmal zwei Jahren wurde entdeckt, dass die altbekannte Verbindung Magnesiumdiborid (MgB2) bei einer Temperatur von minus 234 Grad Celsius (39 Kelvin) ihren elektrischen Widerstand verliert. Diese Sprungtemperatur liegt einige Grad über der anderer Materialien. Mit Supraleitern arbeitende Geräte, beispielsweise Magnetfeldsensoren in medizinischen Instrumenten, könnten dadurch zehnmal preiswerter betrieben werden als bisher.

Derartige Sensoren enthalten dünne Filme des jeweiligen Supraleiters, die schichtweise übereinander liegen. Die Herstellung solcher Filme aus Magnesiumdiborid erwies sich jedoch als problematisch. Entweder waren die einzelnen Filme zu rau und damit für das Übereinanderschichten ungeeignet. Oder aber sie wiesen Verunreinigungen und eine ungeordnete Struktur auf, was die Sprungtemperatur senkte und damit den Vorteil des Magnesiumdiborids zunichte machte.

Xiaoxing Xi von der Pennsylvania State University, University Park, und sein Team haben nun ein Verfahren entwickelt, mit dem sich Magnesiumdiborid-Filme mit den gewünschten Eigenschaften herstellen lassen. Die Forscher legen das zu beschichtende Material sowie kleine Magnesium-Bröckchen auf eine Platte, die in einem rohrförmigen Reaktor platziert wird. Wie bei einem Induktionsherd wird die Platte dann mit Hilfe von außerhalb der Reaktorröhre sitzenden Stromspulen auf bis zu 760 Grad Celsius erhitzt.

Gleichzeitig wird ein dichter Strom aus Wasserstoff und Diboran über die Platte geleitet. Letzteres - eine Verbindung aus Wasserstoff und Bor - reagiert mit dem Magnesium zu Magnesiumdiborid, welches sich als glatter, wohlgeordneter Film auf der Unterlage niederschlägt. Auch Verunreinigungen finden sich kaum - vermutlich wird der größte Störenfried Sauerstoff von dem Wasserstoffgas abgefangen, bevor er in die Filme eingebaut werden kann.

Wie Xiaoxing Xi und sein Team berichten, werden die Filme bei 39,3 Kelvin supraleitend und verkraften relativ hohe Stromstärken. Zwar muss die Technik noch verfeinert werden, um damit mehrschichtige Filme herstellen zu können. "Da das System gegenwärtig so einfach ist, kann man sich aber Modifikationen vorstellen, die ein aufeinanderfolgendes Abscheiden mehrerer Supraleiter, Isolatoren und anderer Materialien erlauben", kommentiert John Rowell von der Northwestern University, Evanston, in der gleichen Ausgabe des Fachblatts.