Bestimmung der kritischen Stromdichte von Bandsupraleitern mit optimierten Korngrenzen

Inhaltsangabe:Einleitung: Seit der Entdeckung des supraleitenden Zustandes durch Heike Kamerlingh Onnes und seine Mitarbeiter im Jahr 1911 ist die nutzbringende Verwendung dieses interessanten Phänomens Gegenstand zahlreicher Überlegungen und auch Wunschvorstellungen. Stellte sich doch schon Onnes kurz nach seiner Entdeckung leistungsfähige Magnete aus Supraleitern vor, die Magnetfeldstärken erzeugen können jenseits der Möglichkeiten von Spulen aus normalen Leitermaterialien. Nahezu unvorstellbare Ströme fließen durch dünne Kabel aus Supraleitern und versorgen so verlustfrei ganze Großstädte. Der Traum vom gewaltigen Elektrodauermagneten oder von der Großstadt am Suprakabel endet jedoch ebenso plötzlich wie der supraleitende Zustand beim Überschreiten einer bestimmten, für die erhoffte Anwendung meist viel zu kleinen, kritischen Feldstärke oder Stromdichte. Obwohl die Möglichkeit der sofortigen technischen Nutzung von Supraleitern nicht gegeben war, wurde das Phänomen „Supraleitung“ weiter intensiv erforscht. Experimentelle und theoretische Erkenntnisse über die Supraleitung wurden stetig erweitert. Mit dem wachsenden Verständnis der Supraleiter ergaben sich nun durch neue Erkenntnisse und verbesserte Materialien auch Anwendungsmöglichkeiten, wie zB Magnetspulen aus optimierten NbTi-Legierungen oder Nb3Sn für Anwendungen im Labor, in Teilchenbeschleunigern und Speicherringen oder in der Medizin. Aber nicht nur leistungsstarke Magnete für sehr hohe Feldstärken sind mit modernen Supraleitern möglich. Auch hochempfindliche Magnetfeldsensoren, sog. SQUIDs, werden in vielen Labors für Messungen winzig kleiner Feldstärken eingesetzt. Sie sind so empfindlich, dass sich sogar die Herzströme eines noch ungeborenen Kindes im Mutterleib detektieren lassen. Durch die Einschränkung der Supraleitung auf sehr tiefe Temperaturen unterhalb von 23K waren jedoch nur Anwendungen in Spezialgebieten sinnvoll. Ein weiter Einsatz der Supraleiter, z.B. in Kabeln zum Transport elektrischer Energie über große Distanzen, war durch den hohen Aufwand für die Isolation und Kühlung unwirtschaftlich. 1986 wurde von J.G.Bednorz und K.A.Müller Supraleitung bei einer wesentlich höheren Temperatur als in den bisher bekannten Supraleitern in einem keramischen Mischoxid entdeckt. Diese Entdeckung bewirkte eine stürmische Suche nach ähnlichen Substanzen und in schneller Folge die Entdeckung weiterer Hochtemperatursupraleiter mit immer höheren kritischen Temperaturen. Bereits ein Jahr [...]