Yttrium-Barium-Kupferoxid

Yttrium-Barium-Kupferoxid, abgekürzt als YBCO oder YBaCuO bezeichnet, ist eine im Jahr 1987 entdeckte Gruppe von Supraleitern, die aus den chemischen Elementen Yttrium, Barium, Kupfer und Sauerstoff bestehen. Mit einer Sprungtemperatur von 92 K (−181,15 °C) gehören sie zur Gruppe der Hochtemperatursupraleiter.

Kristallstruktur
_ Y3+ 0 _ Ba2+0 _ Cu2+0 _ O2−
Allgemeines
Name	Yttrium-Barium-Kupferoxid
Andere Namen	YBaCuO YBCO
Verhältnisformel	YBa2Cu3O7–x
Externe Identifikatoren/Datenbanken
CAS-Nummer 107539-20-8 EG-Nummer (Listennummer) 619-720-7 ECHA-InfoCard 100.121.379 PubChem 21871996 Wikidata Q414015
Eigenschaften
Molare Masse	666 g·mol−1
Aggregatzustand	fest
Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung Achtung H- und P-Sätze H: 315​‐​319​‐​335 P: 261​‐​305+351+338
Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen (0 °C, 1000 hPa).

Die Entwicklung der Hochtemperatursupraleiter

Video von YBCO, über einer Magnetschiene schwebend

Hochtemperatursupraleitung (HTSL) wurde 1986 durch die Entdeckung supraleitfähiger Oxocuprate im System La–Ba–Cu–O von Johannes Georg Bednorz und Karl Alexander Müller eingeläutet. Untersuchungen an Jahn-Teller-verzerrten Metalloxiden zeigten, dass Oxocuprate im Vergleich zu den bisher bekannten Supraleitern deutlich höhere Übergangstemperaturen haben.

Dieser Befund löste eine Forschungswelle aus, die mit der Entdeckung von YBa₂Cu₃O_7–𝑥 (auch als Y123, 123-Oxid, YBCO oder YBaCuO bezeichnet) einen vorläufigen Höhepunkt erreichte. YBa₂Cu₃O_7–𝑥 war die erste Verbindung, für die mit T_c = 92 K eine Sprungtemperatur oberhalb des Siedepunktes von flüssigem Stickstoff (77 K) nachgewiesen wurde. In den folgenden Jahren wurden zahlreiche weitere Oxocuprate mit größerer struktureller und chemischer Komplexität entdeckt. Das Erstaunliche an diesen Verbindungen und der Hochtemperatursupraleitung ist, dass zum einen nach der BCS-Theorie eine Sprungtemperatur von über 40 Kelvin nicht zu erklären ist (da bei diesen Temperaturen die thermische Energie der Gitterschwingungen die Bildung von Cooper-Paaren eigentlich verhindern würde) und zum anderen, dass es sich bei dem gefundenen Material nicht um einen metallischen Leiter, sondern um eine Keramik handelt.

Das wohl am genauesten charakterisierte und intensivsten untersuchte Oxocuprat ist YBa₂Cu₃O_7–𝑥. Die Struktur von YBa₂Cu₃O₇ kann als eine Defektvariante vom Perowskit-Typ (AMO3) aufgefasst werden, in der ²/₉ der Sauerstoffpositionen unbesetzt bleiben.

Supraleitfähig ist nur die orthorhombische Modifikation mit 𝑥 < 0,6.

Herstellung

Verbindungen des Typs YBa₂Cu₃O_7–x können in speziellen Ofenprozessen bei bis zu 900 °C entweder aus Yttriumnitrat, Bariumnitrat, Kupfernitrat, Oxalsäure und Harnstoff oder aus Yttriumoxid, Bariumcarbonat und Kupfer(II)-oxid hergestellt werden.

Literatur

• F. Schwaigerer, B. Sailer, J. Glaser, H. J. Meyer: Strom eiskalt serviert: Supraleitfähigkeit. In: Chemie in unserer Zeit, 2002, 36, S. 108–124
• P. I. Djurovich, R. J. J. Watts: A simple and reliable chemical preparation of YBa₂Cu₃O_7-x superconductors: An experiment in high temperature superconductivity for an advanced undergraduate laboratory. In: Journal of Chemical Education, 1993, 70, S. 497–498.

Weblinks

• Neuartiger Leiter für Magnetfelder, Universität Innsbruck in Welt der Physik vom 25. Juni 2014.
• Hauchdünne Folie leitet Strom, Universität des Saarlandes in Scinexx vom 10. April 2017.