Traum vom Supraleiter LK-99 soll vorbei sein

Ein Wissenschaftsmagazin erklärt, der Traum vom Supraleiter LK-99 sei vorbei. Dennoch ist es schwer, jetzt schon etwas Endgültiges zu sagen.

Ein neuer Artikel, der in der Wissenschaftszeitschrift Nature veröffentlicht wurde, soll das letzte Wort für die Theorien über LK-99 als Supraleiter sein. Der von dem Wissenschaftsreporter Dan Garisto verfasste Artikel ist eine Art Post-Mortem über die wissenschaftliche Forschung rund um LK-99 und die Replikationsbemühungen, die versuchen, den Hype von den Fakten zu trennen. Aber Wissenschaft ist nun einmal Wissenschaft, und verschiedene Personen, die sich mit denselben Informationen befassen, kommen regelmäßig zu unterschiedlichen (aber nicht unbedingt entgegengesetzten) Schlussfolgerungen.

Traum von LK-99 vorbei?

Der Artikel geht die gesammelten Beweise durch, die dafür und dagegen sprechen, dass LK-99 der Raumtemperatur- und Umgebungsdrucksupraleiter ist (oder auch nicht), der die Menschheit in eine unerkennbare (und extrem energieeffiziente) Zukunft führen wird. Die Debatte dreht sich immer wieder um die gleichen Fragen: Die Tatsache, dass sich die Forscher im Bereich der kondensierten Materie mit Quanteneffekten befassen (zu denen es immer noch eine rasante Forschung und eine Fülle von Erkenntnissen gibt, die erst noch in die wissenschaftliche Realität umgesetzt werden müssen), wirft nur einen zusätzlichen Schatten auf das bereits mit Werkzeugen gespickte, unzureichend klare Rezept, das in der koreanischen Originalarbeit veröffentlicht wurde.

Das Kaninchenloch, dem die Wissenschaftler um LK-99 herum gefolgt sind, bezieht sich auf Kupfersulfid (Cu2S)-Verunreinigungen. Die Besonderheit der Temperatur, bei der die koreanischen Autoren einen zehnfachen Abfall des spezifischen Widerstands (von 0,02 Ohm-Zentimeter auf 0,002 Ohm-cm) feststellten, scheint der entscheidende Faktor gewesen zu sein. Prashant Jain, Chemiker an der University of Illinois Urbana-Champaign, sagte, dies sei das Detail, das ihm am meisten auffiel. Jain hatte diese spezifische Temperatur schon einmal gesehen: Es ist die Temperatur, bei der Kupfersulfid (eine der Verunreinigungen, die bei der LK-99-Synthese entstehen) einen Phasenübergang durchläuft. unter der Temperatur, die für diesen Phasenübergang erforderlich ist, und zwar auf eine Art und Weise, die fast identisch ist mit demselben Übergang zur Supraleitung, den die ursprünglichen Autoren dem LK-99 zuschrieben.

Jianlin Luo, ein Physiker der Chinesischen Akademie der Wissenschaften (CAS), und sein Team führten zwei Experimente durch, die Klarheit über das Vorkommen von Kupfersulfid bringen sollten. Bei der zweiten Probe aus diesen Experimenten sank der Widerstand bei 112 Grad Celsius (385 Kelvin), was mit den Beobachtungen des koreanischen Teams übereinstimmte.

Die von den Autoren der Originalarbeit (unter der Leitung von Lee Suk-bae, dem Hauptautor) verfasste Dokumentation ist jedoch nur ein Teil des Problems: Es gibt derzeit keine den Wissenschaftlern bekannte Möglichkeit, den Syntheseprozess ordnungsgemäß zu steuern, um die Anzahl der Bleiatome zu erhöhen, die schließlich durch Kupferatome (wohlgemerkt, nicht Kupfersulfid) im LK-99 selbst ersetzt werden (dies ist, stark vereinfacht, der Grund, den die koreanischen Autoren für die entstehende Raumtemperatur- und Umgebungsdruck-Supraleitfähigkeit in ihrer Probe anführen). So unklar und enttäuschend dies auch sein mag, ist dies einer der Faktoren, die bei der Untersuchung von LK-99 berücksichtigt werden müssen. Es ist das wissenschaftliche Äquivalent zu dem Salz, das wir in unserer Hardware-Welt auf undichte Stellen und unbestätigte Berichte zu streuen gewohnt sind.

Was die theoretische Seite anbelangt, die mit Hilfe von Simulationen untersucht, ob die Struktur von LK-99 supraleitendes Verhalten begünstigt oder nicht, so haben neue Forschungsarbeiten einer US-amerikanisch-europäischen Gruppe ebenfalls Präzisionsröntgenaufnahmen ihrer LK-99-Proben durchgeführt. Aufgrund ihrer Beobachtungen kamen sie zu dem Schluss, dass die flachen Bänder von LK-99 (durch die Elektronen verlustfrei hindurchzischen können) trotz der ersten Veröffentlichungen und ihrer vielversprechenden (wenn auch nicht endgültigen) Aussichten doch nicht für die Supraleitung geeignet sind.

Kürzlich berichtete ein Team des Max-Planck-Instituts für Festkörperforschung in Stuttgart, dass es reine Einkristalle aus LK-99 synthetisiert hat. Mit Hilfe einer Technik, die als „Floating-Zone-Kristallwachstum“ bezeichnet wird, gelang es den Forschern, LK-99-Kristalle zu züchten, die keine Kupfersulfid-Verunreinigungen enthielten. Das daraus resultierende reine LK-99 (mit der Formel Pb8.8Cu1.2P6O25) zeigte ein Verhalten, das mit anderen Studien und Replikationsversuchen übereinstimmt: Es verhielt sich wie ein Isolator, nicht wie ein Supraleiter. Auch diese reinen, violetten Proben wiesen Ferromagnetismus (erwartungsgemäß aufgrund von Fe-Verunreinigungen, die nicht vollständig entfernt werden konnten) sowie Diamagnetismus auf. Daraus schlussfolgerten sie, dass LK-99 kein Supraleiter ist, wenn es von Verunreinigungen getrennt ist; wie sie in der Arbeit schrieben, führten die Daten zu der Schlussfolgerung, dass LK-99 kein Supraleiter ist, Punkt.

Während der Titel des mit DOI versehenen Nature-Artikels unumwunden lautet: „LK-99 ist kein Supraleiter“, lässt der erste Satz im Hauptteil des Artikels Raum für diese Möglichkeit. „Die Forscher scheinen das Rätsel von LK-99 gelöst zu haben.“ (Hervorhebung von uns.) Nature ist offenbar nicht auf knackige Schlagzeilen aus, aber in der Wissenschaft gibt es immer mehr zu tun. Es lohnt sich, den gesamten Artikel zu lesen, und sei es nur, um sich alle Beweise anzuschauen, die in dieser Saga eine Rolle spielen.

Und vielleicht ist das auch gut so. Aufgrund der Lücken in den Daten des Originalartikels und der Schwierigkeit, LK-99 zu replizieren, gibt es in der wissenschaftlichen Gemeinschaft immer noch Verfechter, die glauben, dass die LK-99-Saga noch nicht vorbei ist.