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Flüssiger Sauerstoff auf Abwegen

Von Rainer Scharf

Einen Magneten, der über einem mit Flüssigstickstoff gekühlten Hochtemperatursupraleiter schwebt, haben schon viele bestaunt. Doch jetzt ist britischen Forschern aufgefallen, dass bei diesem Experiment Sauerstofftropfen vom Supraleiter nach oben wegfliegen können.

Diesen ungewöhnlichen Effekt haben Damian Hampshire und seine Mitarbeiter von der University of Durham zufällig entdeckt, als sie ihren Studenten den Trick mit dem schwebenden Magneten vorführen wollten (Nature Bd. 415, S. 860). Sie hielten dazu einen starken Neodym-Eisen-Bor-Magneten über eine Scheibe aus Yttrium-Barium-Kupferoxid, die sich in einem Bad von flüssigem Stickstoff befand. Durch den Stickstoff auf 77 Kelvin abgekühlt, war die Scheibe supraleitend geworden. Ließ man den Magneten los, so schwebte er über der supraleitenden Scheibe - eine Folge des Meissner-Ochsenfeld-Effektes: Das Feld des Magneten konnte nicht in den Supraleiter eindringen, weil dort elektrische Ströme induziert wurden, die das Innere des Supraleiters gegen das Magnetfeld abschirmten. Das von den Strömen verursachte Magnetfeld hielt den Magneten in der Schwebe.

Doch dann passierte etwas Unerwartetes. Auf dem Supraleiter bildete sich ein Tropfen, der plötzlich zum Magneten hochsprang, an ihm haften blieb und verdampfte. Kurz darauf entstand der nächste Tropfen und das Spiel begann von Neuem. Die britischen Forscher haben dafür eine einleuchtende Erklärung. In dem flüssigen Stickstoff hatte sich Sauerstoff aus der Luft gelöst und ebenfalls verflüssigt. Im Gegensatz zum diamagnetischen Stickstoff wurde der paramagnetische Sauerstoff vom Magneten angezogen. Dies führte dazu, dass sich auf der Oberseite des Supraleiters flüssiger Sauerstoff ansammelte und Tropfen bildete. Angezogen vom schwebenden Magneten, sprangen kleine Tropfen direkt zum Magneten hoch, während größere Tropfen zunächst eine Flüssigkeitsbrücke zwischen dem Supraleiter und dem Magneten bildeten. Auf dem relativ warmen Magneten verdampfte der flüssige Sauerstoff schließlich.

Auf die Frage, wieso noch niemand vor ihnen die springenden Sauerstofftropfen beobachtet hatte, meinte Damian Hampshire, dass ihre Versuchsanordnung wohl nicht so perfekt war wie die ihrer Kollegen. Das Stickstoffbad habe sehr lange an der Luft gestanden, so dass sich ungewöhnlich viel Sauerstoff im Stickstoff auflösen konnte. Manchmal muss man eben kleine Fehler machen, um etwas Neues zu entdecken. 

Weitere Links
University of Durham
http://www.dur.ac.uk/d.p.hampshire/drop.html

Allgemein über Supraleitung
http://superconductors.org/
http://physicsweb.org/bestof/superconductivity

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