Ein Forschungsteam aus den Niederlanden und Deutschland hat gezeigt, dass sich in einem bekannten Kuprat-Hochtemperatursupraleiter Elektronenpaare bereits bei Temperaturen bilden, die weit über der Sprungtemperatur liegen – im Grundsatz bis in den Bereich von Raumtemperatur. Für die Jagd nach einem Supraleiter, der ohne aufwendige Kühlung Strom verlustfrei leitet, ist das ein beachtlicher Fingerzeig. Entscheidend ist aber die Einordnung: Ein Raumtemperatur-Supraleiter wurde damit nicht entdeckt. Elektronenpaarung ist nur eine von zwei Voraussetzungen für Supraleitung – die zweite, die den Durchbruch bislang verhindert, bleibt offen.

Die Studie unter dem Titel „Equivalence of pseudogap and pairing energy in a cuprate high-temperature superconductor“ erschien am 6. November 2026 in Science. Erstautor ist Jiasen Niu, die Arbeitsgruppe leitet Ingmar Swart an der Universität Utrecht. Beteiligt waren außerdem die Universität Leiden und die Technische Universität München. Als Material diente Bi₂Sr₂CaCu₂O₈₊δ (Bi-2212), einer der am besten untersuchten Kuprat-Supraleiter.

Zwei Dinge sind nötig – und die Physik kennt sie seit Jahrzehnten

Supraleitung in konventionellen Metallen beschreibt die BCS-Theorie (nach Bardeen, Cooper, Schrieffer) seit 1957: Zwei Elektronen koppeln über die Wechselwirkung mit dem Kristallgitter zu einem sogenannten Cooper-Paar. Darüber hinaus ordnen sich diese Paare so, dass sie in Phase schwingen – sich also gewissermaßen im Gleichschritt bewegen. Erst dieses zweite Element, die Phasenkohärenz, erzeugt den verlustfreien Strom. Ohne sie bleibt es trotz Paarbildung bei normaler Elektrodynamik mit Widerstand.

In klassischen Supraleitern treten beide Phänomene bei derselben Temperatur auf, der Sprungtemperatur T_c. In Hochtemperatursupraleitern wie den Kupraten ist das anders: Es gibt seit Jahren starke Hinweise darauf, dass die beiden Effekte entkoppeln. Oberhalb von T_c existiert dort der sogenannte Pseudogap-Bereich – ein elektronischer Zustand, der sich in Spektroskopiedaten zeigt, dessen Natur aber bis heute umstritten ist. Genau hier setzt die neue Arbeit an.

Symbolbild: Levitation eines Magneten über einem Kuprat-Supraleiter (YBa₂Cu₃O₇), gekühlt mit flüssigem Stickstoff

Bild: Symbolbild – Levitation eines Permanentmagneten über einem Kuprat-Supraleiter (YBa₂Cu₃O₇) bei −196 °C. Foto: Julien Bobroff, Frédéric Bouquet, Jeffrey Quilliam, LPS Orsay, CC BY-SA 3.0, via Wikimedia Commons.

Was Niu und Kollegen gemessen haben

Die Gruppe nutzte ein Rastertunnelmikroskop (STM), um die elektronische Struktur der Bi-2212-Oberfläche örtlich hochaufgelöst zu kartieren. Dabei verglichen sie zwei Energieskalen: die Paarbindungsenergie, also die Energie, die aufgewandt werden müsste, um ein Elektronenpaar wieder zu trennen, und die Pseudogap-Energie, die aus den Spektren oberhalb von T_c ablesbar ist. Ergebnis: Beide Werte stimmen räumlich und in der Größenordnung überein; die Pseudogap-Energie erreicht lokal bis zu rund 70 Millielektronenvolt. Daraus folgern die Autoren, dass das Pseudogap kein konkurrierender Zustand ist, sondern selbst die Signatur bereits gepaarter, aber nicht phasenkohärenter Elektronen.

Rechnet man diese 70 meV in eine Temperatur um, entspricht das grob 800 Kelvin – das liegt über Raumtemperatur. Anders formuliert: Die „Klebekraft“, die ein Paar zusammenhält, ist im Kuprat so groß, dass die Paare auch bei warmem Alltagsklima nicht sofort auseinanderfliegen. Swart wird in der Pressemitteilung mit dem Satz zitiert, der „Klebstoff“ sei stark genug, um die Paare selbst bei Raumtemperatur zusammenzuhalten.

Warum das noch keine Supraleitung bei Raumtemperatur ist

Hier beginnt der Teil, bei dem genaues Lesen wichtig ist. Elektronenpaarung allein führt nicht zu verlustfreiem Stromtransport. Die Paare müssen sich zusätzlich in einem makroskopisch kohärenten Zustand organisieren – vereinfacht: alle Paare müssen dieselbe quantenmechanische Phase teilen. Genau diese Phasenkohärenz bricht in Kupraten offenbar schon bei deutlich niedrigeren Temperaturen zusammen, lange bevor die Paare selbst aufgelöst werden. Die neue Studie bestätigt das indirekt – und benennt es als eigentlichen Engpass.

Die bisherige Suche nach immer stärkerer Kopplung in Materialien verschiebt den Fokus damit: Für einen echten Raumtemperatur-Supraleiter reicht es nicht, Paare zu bilden, man muss sie auch in Reihe halten. Welche Mechanismen die Phasenkohärenz in Kupraten zerstören – thermische Fluktuationen, Inhomogenitäten, konkurrierende Ladungsordnungen – ist eine der großen offenen Fragen der Festkörperphysik, und die Utrecht-Studie liefert hier keine abschließende Antwort. Was sie liefert, ist eine solidere Abgrenzung des Problems.

Einordnung

Das Ergebnis reiht sich in eine Serie von Arbeiten, die seit etwa zehn Jahren mit Methoden wie ARPES (winkelaufgelöste Photoemissionsspektroskopie) und STM ähnliche Beobachtungen gemacht haben: Signaturen von Paarung oberhalb T_c. Neu an der Utrecht-Studie ist die konsequente Gleichsetzung von Pseudogap- und Paarbindungsenergie auf lokaler Skala im Material – und die Messung, die laut Pressemitteilung erstmals zwischen Elektronenstrom und Paarstrom unterscheiden konnte.

Für Leser ohne Physikhintergrund ist die Nachricht am ehrlichsten so zusammenzufassen: Von den beiden Zutaten eines Raumtemperatur-Supraleiters – stabile Elektronenpaare und geordnete Bewegung dieser Paare – scheint eine in Kupraten schon ohne weitere Tricks vorzuliegen. Die zweite nicht. Was lange als ferner Fluchtpunkt galt, rückt dadurch nicht sprunghaft näher, aber die Richtung, in die sich die Forschung anstrengen muss, ist jetzt klarer markiert.

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