20. Juli 2007

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3. Am 11. Dezember 2008 hält Herr Mohr einen Vortrag bei einer öffentlichen Vor-
tragsveranstaltung der Akademie in der Landesvertretung Baden-Württembergs in
Berlin
4. Vorschläge für den Deutschen Zukunftspreis werden gemäß Widmung des Preises
von der Math.-nat. Klasse erbeten.
WISSENSCHAFTLICHE SITZUNG
Herr Bernhard Keimer hält einen Vortrag: „Supraleitung“.
Unser tägliches Leben ist ohne Elektrizität heute nahezu undenkbar. Elektrische
Ströme werden durch negativ geladene Elektronen getragen, die sich durch ein peri-
odisches Gitter positiv geladener Atomrümpfe bewegen. Da die Elektronen aufgrund
der elektrostatischen Wechselwirkung das Atomgitter deformieren und darüber hin-
aus mit unvermeidlichen Fehlstellen im Gitter kollidieren, heizt sich das Gitter beim
Stromtransport auf. Die dafür erforderliche Energie muss dem metallischen Leiter
durch eine externe Spannungsquelle zugefuhrt werden — em wesentlicher Beitrag
zum heutigen Energieproblem. Im Jahr 1911 entdeckte der Physiker Heike Kamer-
hngh-Onnes, dass bestimmte Metalle wie z.B. Blei und Aluminium unterhalb einer
kritischen Temperatur Tc elektrische Ströme vollkommen verlustfrei transportieren.
Wie ist es möglich, dass alle Energieverlustmechanismen für die Elektronen unter-
halb vonTc außer Kraft gesetzt werden? Die Beantwortung dieser Frage beschäftig-
te zahlreiche Physiker fast 50 Jahre lang.
Das erste erfolgreiche quantenmechanische Erklärungsmodell für die Supralei-
tung wurde von John Bardeen, Leon Cooper und Robert Schrieffer („BGS“) ent-
wickelt und vor 50 Jahren veröffentlicht. Quantenmechanische Phänomene treten
üblicherweise nur auf atomaren Längenskalen in Erscheinung. So besetzt z.B. jedes
einzelne Elektron in einem normalen Metall eine mikroskopische Wellenfunktion,
deren Phase bei der Streuung an Fehlstellen unkontrolliert verschoben wird. Das
Elektronensystem in normalen Metallen ist daher ein inkohärentes Gemisch vieler
Wellenfunktionen. Das Kernstück der BCS-Theorie ist die Vorstellung, dass sich
jeweils zwei Elektronen zu sogenannten „Cooper-Paaren“ zusammenschließen und
damit als Bosonen zu betrachten sind. Da em System vieler Bosonen bei hinreichend
tiefen Temperaturen eine einzige, makroskopische quantenmechanische Wellenfunk-
tion besetzt, wird das Verhalten eines solchen Systems über beliebige Distanzen hin-
weg von den Gesetzen der Quantenmechanik kontrolliert. Insbesondere wird die
makroskopische Wellenfunktion eines Bose-Kondensats von Cooper-Paaren durch
Fehlstellen im Festkörper nur lokal verzerrt, bleibt aber über den gesamten Supralei-
ter hinweg kohärent und bietet somit einen Kanal für verlustfreien Stromtransport.
Auch fast 100 Jahre nach ihrer Entdeckung und 50 Jahre nach ihrer erstmali-
gen Erklärung bleibt die Supraleitung em spannendes Forschungsthema. Während
nämlich die kritische Temperatur Tc in herkömmlichen Supraleitern nur knapp
oberhalb des absoluten Nullpunkts (—273°C) liegt, wurden im Jahr 1986 chemisch
komplexe Kupferoxid-Verbindungen mit einem um ein Vielfaches höheren Tc
(maximal ca. —140°C) entdeckt. Da solche Supraleiter mit flüssigem Stickstoff