Forscher der Cornell University haben eine neuartige Methode entwickelt, um Supraleiter durch die Integration von Weichmaterialien und 3D-Druck herzustellen. Dieser innovative Ansatz kombiniert Polymerchemie mit additiver Fertigung und verspricht bedeutende Fortschritte in Bereichen wie der MRT-Technologie und zukünftigen Quantencomputern.
Die entscheidende Errungenschaft ist das Erreichen eines kritischen Magnetfelds von 40 bis 50 Tesla bei Niobnitrid, was einen absoluten Rekord für dieses Material darstellt. Diese Eigenschaft ist essenziell für die Funktion in extremen Magnetfeldern, wie sie in fortschrittlicher Medizintechnik benötigt werden. Professor Ulrich Wiesner von der Cornell University hob hervor, dass eine direkte Korrelation zwischen der Molmasse der verwendeten Polymere und der supraleitenden Leistung besteht – eine Verbindung, die zuvor nicht nachgewiesen werden konnte.
Diese Entwicklung ist das Ergebnis fast eines Jahrzehnts intensiver Forschung. Bereits 2016 präsentierte das Cornell-Team, wie Blockcopolymere zur Bildung von Supraleiterstrukturen selbstorganisiert werden können. Bis 2021 wurde bestätigt, dass diese auf Weichmaterialien basierenden Methoden mit konventionellen Techniken konkurrieren können. Der aktuelle Prozess stellt einen weiteren qualitativen Sprung dar und nutzt ein „One-Pot“-System, das viele Schritte traditioneller 3D-Druckverfahren für poröse Materialien umgeht.
Die neue Technik organisiert supraleitende Materialien auf drei Ebenen: kristalline Gitter auf atomarer Ebene, mesoskalige Gitter, die durch Copolymer-Selbstorganisation gesteuert werden, und makroskopische Gitter, die direkt durch 3D-Druck entstehen. Der Prozess beginnt mit einer Tinte aus Copolymeren und Nanopartikeln, die sich während des Druckvorgangs selbst organisieren. Nachfolgende Wärmebehandlungen wandeln das Material in einen porösen kristallinen Supraleiter mit beispiellosen Eigenschaften um.
Die daraus resultierende poröse Architektur bietet eine rekordverdächtige innere Oberfläche für Verbundsupraleiter, was ideal für die Entwicklung neuer Quantenmaterialien ist. Die Forscher untersuchen derzeit aktiv weitere Verbindungen, wie Titannitrid, mit dem Ziel, dreidimensionale Strukturen zu schaffen, die mit herkömmlichen Methoden schwer zu realisieren sind. Die erzielten Ergebnisse sind vielversprechend und ebnen den Weg für innovative Anwendungen in der Präzisionsmesstechnik.