Wie Supraleiter funktionieren – und warum wir sie wärmer haben wollen

Null Widerstand, unendliches Potenzial

Jede Leitung in Ihrem Haus verschwendet Energie. Wenn Strom durch Kupfer oder Aluminium fließt, kollidieren Elektronen mit Atomen, wodurch Wärme erzeugt und Leistung verloren geht. Das U.S. Department of Energy schätzt, dass etwa 5 % des in Amerika erzeugten Stroms während der Übertragung und Verteilung verloren gehen. Supraleiter beseitigen dieses Problem vollständig. Unterhalb einer bestimmten kritischen Temperatur leiten bestimmte Materialien Strom mit absolut null Widerstand – der Strom fließt für immer ohne Energieverlust.

Seit ihrer Entdeckung im Jahr 1911 versprechen Supraleiter eine Revolution in Energie, Medizin und Transport. Der Haken: Sie funktionieren nur, wenn sie extrem kalt sind. Diese Einschränkung hat eine der längsten Suchen der Physik befeuert – die Suche nach einem Supraleiter, der bei Raumtemperatur funktioniert.

Wie Supraleitung funktioniert

In einem normalen Leiter bewegen sich Elektronen unabhängig voneinander, stoßen ständig mit dem Atomgitter zusammen und verlieren Energie in Form von Wärme. In einem Supraleiter, der unter seine kritische Temperatur abgekühlt wird, geschieht etwas Bemerkenswertes: Elektronen paaren sich zu dem, was Physiker Cooper-Paare nennen.

Diese gepaarten Elektronen werden durch winzige Vibrationen im Kristallgitter, sogenannte Phononen, zusammengehalten. Im Gegensatz zu einzelnen Elektronen bewegen sich Cooper-Paare in einem koordinierten Quantenzustand durch das Material und gleiten ohne Streuung an Atomen vorbei. Das Ergebnis ist eine Supraflüssigkeit von Ladungsträgern, die auf keinerlei Widerstand stößt.

Supraleiter weisen auch den Meissner-Effekt auf – sie verdrängen aktiv Magnetfelder aus ihrem Inneren. Oberflächenströme entstehen und erzeugen ein entgegengesetztes Feld, weshalb ein Magnet, der über einen Supraleiter gehalten wird, in der Luft schwebt. Dies ist nicht nur ein Partytrick; es ist das Prinzip hinter der Magnetschwebetechnik.

Wo Supraleiter bereits funktionieren

Trotz der Notwendigkeit extremer Kühlung treiben Supraleiter mehrere kritische Technologien an:

• MRT-Geräte: Die starken, stabilen Magnetfelder in jedem Krankenhaus-MRT-Scanner werden von supraleitenden Spulen aus Niob-Titan erzeugt, die mit flüssigem Helium auf etwa 4 Kelvin (−269 °C) gekühlt werden. Dies stellt einen globalen Markt im Wert von mehreren Milliarden Dollar dar.
• Magnetschwebebahnen: Japans SCMaglev verwendet supraleitende Elektromagnete, um Züge mit Geschwindigkeiten von über 600 km/h schweben und antreiben zu lassen – weit mehr, als herkömmliche Schienen erreichen können.
• Teilchenbeschleuniger: Der Large Hadron Collider des CERN stützt sich auf über 1.200 supraleitende Magnete, die auf 1,9 K gekühlt werden, um Teilchenstrahlen um seinen 27 Kilometer langen Ring zu lenken.
• Stromkabel: Pilotprojekte wie das Long-Island-Supraleitungskabel haben gezeigt, dass Hochtemperatur-Supraleiterdrähte, die mit flüssigem Stickstoff gekühlt werden, Strom nahezu verlustfrei durch dicht besiedelte Stadtgebiete leiten können.

Das Temperaturproblem

Als der niederländische Physiker Heike Kamerlingh Onnes 1911 die Supraleitung in Quecksilber entdeckte, betrug die kritische Temperatur nur 4,2 Kelvin. Jahrzehntelang war der Fortschritt schleppend. Ein großer Sprung gelang 1986, als die IBM-Forscher Georg Bednorz und Karl Alex Müller keramische Kupferoxidverbindungen fanden, die bei etwa 35 K supraleitend sind – was ihnen einen Nobelpreis einbrachte und die Ära der Hochtemperatur-Supraleiter einleitete.

Innerhalb eines Jahres trieben Wissenschaftler den Rekord mit Yttrium-Barium-Kupferoxid (YBCO) über 90 K und überschritten damit die entscheidende Flüssigstickstoffschwelle von 77 K. Das machte die Kühlung weitaus billiger und praktischer. Unter extremem Druck haben wasserstoffreiche Verbindungen seither Supraleitung über 250 K gezeigt, aber diese Bedingungen sind außerhalb eines Labors nicht aufrechtzuerhalten.

Der jüngste Meilenstein wurde im März 2026 erreicht, als Physiker der University of Houston bei Umgebungsdruck 151 Kelvin (−122 °C) mit einer „Druckabschrecktechnik“ an einer quecksilberbasierten Keramik erreichten. Es ist die höchste jemals ohne Aufrechterhaltung von hohem Druck gemessene kritische Temperatur – aber immer noch etwa 140 Grad unter Raumtemperatur.

Warum Raumtemperatur wichtig ist

Ein Raumtemperatur-Supraleiter wäre transformativ. Stromnetze könnten Strom über Kontinente hinweg ohne Verluste übertragen. MRT-Geräte könnten in Größe und Kosten schrumpfen, wodurch fortschrittliche medizinische Bildgebung weltweit zugänglich würde. Quantencomputer könnten ohne aufwendige Kühlsysteme betrieben werden. Elektromotoren und -generatoren würden radikal effizienter.

Wie Forscher der U.S. National Academy of Sciences kürzlich darlegten, bleiben zwei zentrale Herausforderungen bestehen: die Verbesserung von Rechenmodellen, die vorhersagen, welche Materialien supraleitend sein könnten, und die Entwicklung dieser Materialien, damit sie tatsächlich hergestellt werden können. Kein grundlegendes physikalisches Gesetz verbietet die Supraleitung bei Raumtemperatur – die Barriere besteht darin, das richtige Material zu finden und zu verstehen, warum es funktioniert.

Nach mehr als einem Jahrhundert inkrementeller Fortschritte geht die Suche weiter. Jeder gebrochene Rekord verringert die Kluft zwischen Laborneugier und weltverändernder Technologie.