Yttrium-Barium-Kupferoxid

Yttrium-Barium-Kupferoxid, häufig abgekürzt YBCO oder als YBaCuO bezeichnet, ist eine Gruppe von Supraleitern, die aus den chemischen Elementen Yttrium, Barium, Kupfer und Sauerstoff bestehen und über eine Sprungtemperatur bei 90 K (entsprechend minus 183 Grad Celsius) verfügen. Sie gehören also zur Gruppe der sogenannten Hochtemperatursupraleiter.

Die Entwicklung der Hochtemperatursupraleiter

Video von YBCO, über einer Magnetschiene schwebend

Hochtemperatursupraleitung (HTSL) wurde 1986 durch die Entdeckung supraleitfähiger Oxocuprate im System La–Ba–Cu–O von Johannes Georg Bednorz und Karl Alexander Müller eingeläutet. Untersuchungen an Jahn-Teller-verzerrten Metalloxiden zeigten, dass Oxocuprate im Vergleich zu den bisher bekannten Supraleitern deutlich höhere Übergangstemperaturen haben.

Dieser Befund löste eine Forschungswelle aus, die mit der Entdeckung von YBa₂Cu₃O_7–x (auch als Y123, YBCO oder YBaCuO bezeichnet) einen vorläufigen Höhepunkt erreichte. YBa₂Cu₃O_7–x war die erste Verbindung, für die mit T_c = 90 K eine Sprungtemperatur oberhalb des Siedepunktes von flüssigem Stickstoff nachgewiesen wurde. In den folgenden Jahren wurden zahlreiche weitere Oxocuprate mit größerer struktureller und chemischer Komplexität entdeckt. Das Erstaunliche an diesen Verbindungen und der Hochtemperatursupraleitung ist, dass zum einen nach der BCS-Theorie eine Sprungtemperatur von über 40 Kelvin nicht zu erklären ist (da bei diesen Temperaturen die thermische Energie der Gitterschwingungen die Bildung von Cooper-Paaren eigentlich verhindern würde) und zum anderen, dass es sich bei dem gefundenen Material nicht um einen metallischen Leiter, sondern um eine Keramik handelt.

Das wohl am genauesten charakterisierte und intensivsten untersuchte Oxocuprat ist YBa₂Cu₃O_7–x, das vielfach als 123-Oxid bezeichnet wird. Die Struktur von YBa₂Cu₃O₇ kann als eine Defektvariante vom Perowskit-Typ (AMO3) aufgefasst werden, in der ²/₉ der Sauerstoffpositionen unbesetzt bleiben.

Supraleitfähig ist nur die orthorhombische Modifikation mit x < 0,6.

Herstellung

Verbindungen des Typs YBa₂Cu₃O_7–x können in speziellen Ofenprozessen bei bis zu 900 °C entweder aus Yttriumnitrat, Bariumnitrat, Kupfernitrat, Oxalsäure und Harnstoff oder aus Yttriumoxid, Bariumcarbonat und Kupfer(II)-oxid hergestellt werden.

Literatur

F. Schwaigerer, B. Sailer, J. Glaser, H. J. Meyer: Strom eiskalt serviert: Supraleitfähigkeit. In: Chemie in unserer Zeit, 2002, 36, S. 108–124 (PDF)
P. I. Djurovich, R. J. J. Watts: A simple and reliable chemical preparation of YBa₂Cu₃O_7-x superconductors: An experiment in high temperature superconductivity for an advanced undergraduate laboratory. In: Journal of Chemical Education, 1993, 70, S. 497–498.

Weblinks

zur Supraleitung und der Inbetriebnahme eines Netzes aus supraleitenden Kabeln Telepolis

Einzelnachweise

↑ ^1,0 ^1,1 ^1,2 Datenblatt Yttrium barium copper oxide bei Sigma-Aldrich, abgerufen am 25. April 2011.
↑ Seit 1. Dezember 2012 ist für Stoffe ausschließlich die GHS-Gefahrstoffkennzeichnung zulässig. Bis zum 1. Juni 2015 dürfen noch die R-Sätze dieses Stoffes für die Einstufung von Zubereitungen herangezogen werden, anschließend ist die EU-Gefahrstoffkennzeichnung von rein historischem Interesse.

[Sigma-1] 1,0 ^1,1 ^1,2 Datenblatt Yttrium barium copper oxide bei Sigma-Aldrich, abgerufen am 25. April 2011.

[2] Seit 1. Dezember 2012 ist für Stoffe ausschließlich die GHS-Gefahrstoffkennzeichnung zulässig. Bis zum 1. Juni 2015 dürfen noch die R-Sätze dieses Stoffes für die Einstufung von Zubereitungen herangezogen werden, anschließend ist die EU-Gefahrstoffkennzeichnung von rein historischem Interesse.

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