28. Mai 2011

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HILBERT VON LÖHNEYSEN HÄLT DEN FESTVORTRAG:
„STROMFLUSS OHNE WIDERSTAND - HUNDERT JAHRE SUPRALEITUNG".

„JKXVTCl QEL - alles fließt“: so auch der elektrische Strom in einem Metall. Der Strom
wird von negativ geladenen Elektronen getragen, die sich frei durch die positiv gela-
denen, in einem regelmäßigen Kristallgitter angeordneten Ionen bewegen können,
wenn sie durch eine Spannung beschleunigt werden. Die Elektronen werden aller-
dings durch Stöße stets wieder abgebremst. Diese Stöße entstehen durch immer vor-
handene Störungen der Periodizität des Kristallgitters: Fremdatome und Gitterfeh-
ler sowie die Schwingungen der Ionen aufgrund der Wärmebewegung. Nach dem
Ohmschen Gesetz ist der Strom I zu der längs des metallischen Leiters abfallenden
Spannung V proportional, die Proportionalitätskonstante ist der elektrische Wider-
stand R (Abb. 1), der ein Maß für die Häufigkeit der Stöße ist. 1911 entdeckte der
niederländische Physiker Heike Kamerlingh Onnes (Abb. 2, links), dass der elektri-
sche Widerstand R von Quecksilber bei sehr tiefen Temperaturen innerhalb eines
sehr kleinen Temperaturintervalls sprunghaft auf den Wert Null abfällt: Stromfluss
ohne Widerstand (Abb. 2, rechts)1. Er nannte das Phänomen Supraleitung. Dies war
eine Sensation, schon zwei Jahre später erhielt er den Nobelpreis für Physik. Die
Übergangstemperatur zur Supraleitung wird häufig kritische Temperatur Tc genannt.
Rufen wir uns den Stand der Physik zur damaligen Zeit ins Gedächtnis. Das Jahr
1900 markiert den Beginn der Entwicklung der Quantentheorie: Max Planck postu-
lierte das nach ihm benannte Wirkungsquantum. Drei Jahre zuvor, im Jahr 1897,
hatte J.J.Thompson das Elektron entdeckt. Bereits 1902 formulierte Paul Drude eine


Abb. 1: Elektrischer Strom I durch einen metallischen Leiter. Längs des Leiters fällt eine Spannung
V ab. Je größer der elektrische Widerstand R, desto größer ist die abfallende Spannung. Die orts-
festen Ionen sind nicht eingezeichnet.

H. Kamerlingh Onnes, Commun. Phys. Lab. Unv. Leiden 120b (April 2011), Nachdruck in Proc.
K. Ned.Akad.Wet. 13,274 (1911)