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<title>Superisolator</title>

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<h1 id="firstHeading" class="firstHeading mw-first-heading"><span class="mw-page-title-main">Superisolator</span></h1>

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Dieser Artikel wurde in die Qualitätssicherung der Redaktion Physik eingetragen. Wenn du dich mit dem Thema auskennst, bist du herzlich eingeladen, dich an der Prüfung und möglichen Verbesserung des Artikels zu beteiligen. Der Meinungsaustausch darüber findet derzeit <b>nicht</b> auf der Artikeldiskussionsseite, sondern auf der <b>Qualitätssicherungs-Seite</b> der Physik statt. </div>

<p>Ein <b>Superisolator</b> (Supraisolator) ist ein Material, das bei sehr niedrigen Temperaturen einen perfekten <a href="Nichtleiter" title="Nichtleiter">Nichtleiter</a> darstellt. Ein Superisolator kann durch Änderungen bei der Temperatur, dem <a href="Magnetischer_Fluss" title="Magnetischer Fluss">magnetischen Fluss</a> oder der <a href="Elektrische_Spannung" title="Elektrische Spannung">elektrischen Spannung</a> seine superisolierenden Fähigkeiten verlieren.

</p><p>Der erste bekannte Superisolator wurde in Form eines dünnen Films aus <a href="Titannitrid" title="Titannitrid">Titannitrid</a> dargestellt. Die beiden russischen Wissenschaftler <a href="Waleri_Markowitsch_Winokur" title="Waleri Markowitsch Winokur">Valerii Vinokur</a>, Tatyana Baturina und der an der <a href="Universit%C3%A4t_Regensburg" title="Universität Regensburg">Universität Regensburg</a> forschende <a href="Tieftemperaturphysik" title="Tieftemperaturphysik">Tieftemperaturphysiker</a> Christoph Strunk entdeckten diese Fähigkeit im Jahr 2008 am <a href="Argonne_National_Laboratory" title="Argonne National Laboratory">Argonne National Laboratory</a> in den USA.<sup id="cite_ref-weltderphysik_1-0" class="reference"><a href="#cite_note-weltderphysik-1"><span class="cite-bracket">[</span>1<span class="cite-bracket">]</span></a></sup><sup id="cite_ref-iso_2-0" class="reference"><a href="#cite_note-iso-2"><span class="cite-bracket">[</span>2<span class="cite-bracket">]</span></a></sup> Der Begriff stammte von <a href="Gerard_'t_Hooft" class="mw-redirect" title="Gerard 't Hooft">Gerard 't Hooft</a><sup id="cite_ref-3" class="reference"><a href="#cite_note-3"><span class="cite-bracket">[</span>3<span class="cite-bracket">]</span></a></sup> in einem <a href="Gedankenexperiment" title="Gedankenexperiment">Gedankenexperiment</a> zur Erklärung von <a href="Quark-Confinement" class="mw-redirect" title="Quark-Confinement">Quark-Confinement</a> über ein Analogon mit Elektronen in <a href="Cooperpaar" class="mw-redirect" title="Cooperpaar">Cooperpaaren</a> als chromoelektrische Strings in einem Kondensat von magnetischen Monopolen und wurde unabhängig eingeführt von Maria Cristina Diamantini, Carlo Trugenberger und Pascuale Sodano, die 1996 die Existenz von Superisolatoren vorhersagten.<sup id="cite_ref-4" class="reference"><a href="#cite_note-4"><span class="cite-bracket">[</span>4<span class="cite-bracket">]</span></a></sup><sup id="cite_ref-5" class="reference"><a href="#cite_note-5"><span class="cite-bracket">[</span>5<span class="cite-bracket">]</span></a></sup>

</p><p>Bisher ist nicht bekannt, ob der Grund für die superisolierende Eigenschaft des <a href="Titannitrid" title="Titannitrid">Titannitrid</a>-Films eine gegen unendlich strebenden <a href="Permittivit%C3%A4t" title="Permittivität">Permittivität</a> ist oder ob dieser Film null <a href="Leitf%C3%A4higkeit" title="Leitfähigkeit">Leitfähigkeit</a> besitzt.

</p><p>Vinokur und Kollegen sehen in Superisolatoren auch ein Modell um Quark-Confinement bei gleichzeitiger <a href="Asymptotische_Freiheit" title="Asymptotische Freiheit">asymptotischer Freiheit</a> zu studieren, ähnlich wie es ursprünglich 't Hooft vorschwebte.<sup id="cite_ref-6" class="reference"><a href="#cite_note-6"><span class="cite-bracket">[</span>6<span class="cite-bracket">]</span></a></sup>

</p>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Mechanismus">Mechanismus</h2></div>

<p>Damit ein Stoff ein Superisolator sein kann, muss er, aufgrund bisheriger Beobachtung und theoretischer Überlegung, bei anderem Magnetfeld oder anderer Unordnung im Material auch supraleitend sein können.<sup id="cite_ref-7" class="reference"><a href="#cite_note-7"><span class="cite-bracket">[</span>7<span class="cite-bracket">]</span></a></sup><sup id="cite_ref-weltderphysik_1-1" class="reference"><a href="#cite_note-weltderphysik-1"><span class="cite-bracket">[</span>1<span class="cite-bracket">]</span></a></sup> Auch „normales“ Titannitrid ist bei Temperaturen unterhalb von 4,86 <a href="Kelvin" title="Kelvin">K</a> supraleitend. Eine stark ungeordnete, nur 5 nm dicke Titannitrid-Schicht zeigt hingegen bei Temperaturen zwischen 20 mK und 70 mK und in einem äußeren Magnetfeld mit einer magnetischen Flussdichte von 0,9 <a href="Tesla_(Einheit)" title="Tesla (Einheit)">T</a> den superisolierenden Effekt. Dabei wird im Material so genannte Ladungsenergie aufgebaut, welche den Stromfluss vollständig unterdrückt. Die Leitfähigkeit des Titannitrid-Films ist nicht mehr messbar.<sup id="cite_ref-iso_2-1" class="reference"><a href="#cite_note-iso-2"><span class="cite-bracket">[</span>2<span class="cite-bracket">]</span></a></sup>

</p><p>Dieser Zustand beruht auf der <a href="Heisenbergsche_Unsch%C3%A4rferelation" title="Heisenbergsche Unschärferelation">Heisenbergschen Unschärferelation</a> und kehrt die Eigenschaften eines Supraleiters ins exakte Gegenteil.

</p><p>Dabei könnten beim Übergang von Supraleiter zu Superisolator <a href="Elektrische_Ladung" title="Elektrische Ladung">elektrische Ladung</a> und magnetische Wirbel ihre Rollen tauschen. Beim Superisolator sollen magnetische Wirbel (<a href="Flussschlauch" title="Flussschlauch">Flussschläuche</a>) mit entgegengesetzter Rotation Paare bilden und um entgegengesetzte Ladungen zirkulieren. Dadurch werden Cooper-Paare gebunden und an einer festen Position gehalten. Die <a href="Elektrische_Leitf%C3%A4higkeit" title="Elektrische Leitfähigkeit">elektrische Leitfähigkeit</a> sinkt auf null ab.

</p>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Zukünftige_Anwendungsbereiche"><span id="Zuk.C3.BCnftige_Anwendungsbereiche"></span>Zukünftige Anwendungsbereiche</h2></div>

<p>Praktische Anwendungen für Superisolatoren könnten perfekte Batterien sein, die bei ungenutzter Lagerung sich nicht mehr entladen können.

</p><p>In Kombination mit Supraleitern könnten Superisolatoren in Zukunft als elektrische Schaltungen eingesetzt werden, die ausschließlich Wärme verlieren.<sup id="cite_ref-8" class="reference"><a href="#cite_note-8"><span class="cite-bracket">[</span>8<span class="cite-bracket">]</span></a></sup>

</p>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Kritik_an_der_Theorie">Kritik an der Theorie</h2></div>

<p>Diese Theorie wird unter Festkörperphysiker noch nicht vollständig akzeptiert und unter Grundlagenforschern diskutiert.<sup id="cite_ref-weltderphysik_1-2" class="reference"><a href="#cite_note-weltderphysik-1"><span class="cite-bracket">[</span>1<span class="cite-bracket">]</span></a></sup>

</p>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Einzelnachweise">Einzelnachweise</h2></div>

<li id="cite_note-weltderphysik-1"><span class="mw-cite-backlink">↑ <sup><a href="#cite_ref-weltderphysik_1-0">a</a></sup> <sup><a href="#cite_ref-weltderphysik_1-1">b</a></sup> <sup><a href="#cite_ref-weltderphysik_1-2">c</a></sup></span> <span class="reference-text"><span class="cite"><a rel="nofollow" class="external text" href="https://www.weltderphysik.de/gebiet/materie/news/2008/superisolator-fuer-perfekte-batterien/"><i>Superisolator für perfekte Batterien.</i></a> In: <i>Welt der Physik.</i><span class="Abrufdatum"> Abgerufen am 15. März 2018</span>.</span><span style="display: none;" class="Z3988" title="ctx_ver=Z39.88-2004&rft_val_fmt=info%3Aofi%2Ffmt%3Akev%3Amtx%3Adc&rfr_id=info%3Asid%2Fde.wikipedia.org%3ASuperisolator&rft.title=Superisolator+f%C3%BCr+perfekte+Batterien&rft.description=Superisolator+f%C3%BCr+perfekte+Batterien&rft.identifier=https%3A%2F%2Fwww.weltderphysik.de%2Fgebiet%2Fmaterie%2Fnews%2F2008%2Fsuperisolator-fuer-perfekte-batterien%2F&rft.date="> </span></span>

</li>

<li id="cite_note-iso-2"><span class="mw-cite-backlink">↑ <sup><a href="#cite_ref-iso_2-0">a</a></sup> <sup><a href="#cite_ref-iso_2-1">b</a></sup></span> <span class="reference-text"><span class="cite">Jan Oliver Löfken: <a rel="nofollow" class="external text" href="https://pro-physik.de/nachrichten/der-perfekte-isolator"><i>Der perfekte Isolator.</i></a> In: <i>Pro Physik.</i> 3. April 2008,<span class="Abrufdatum"> abgerufen am 15. Januar 2025</span>.</span><span style="display: none;" class="Z3988" title="ctx_ver=Z39.88-2004&rft_val_fmt=info%3Aofi%2Ffmt%3Akev%3Amtx%3Adc&rfr_id=info%3Asid%2Fde.wikipedia.org%3ASuperisolator&rft.title=Der+perfekte+Isolator&rft.description=Der+perfekte+Isolator&rft.identifier=https%3A%2F%2Fpro-physik.de%2Fnachrichten%2Fder-perfekte-isolator&rft.creator=Jan+Oliver+L%C3%B6fken&rft.date=2008-04-03&rft.language=de"> </span></span>

</li>

<li id="cite_note-3"><span class="mw-cite-backlink"><a href="#cite_ref-3">↑</a></span> <span class="reference-text">'t Hooft, <i>On the phase transition towards permanent quark confinement</i>, Nucl. Phys. B, Band 138, 1978, S. 1–25</span>

</li>

<li id="cite_note-4"><span class="mw-cite-backlink"><a href="#cite_ref-4">↑</a></span> <span class="reference-text"><a rel="nofollow" class="external text" href="https://www.anl.gov/article/superinsulators-to-become-scientists-quark-playgrounds">Savannah Mitchem, Christina Nunez, <i>Superinsulators to become scientists’ quark playgrounds</i></a>, Argonne National Laboratory, Press Release, 30. Januar 2019</span>

</li>

<li id="cite_note-5"><span class="mw-cite-backlink"><a href="#cite_ref-5">↑</a></span> <span class="reference-text">M. C. Diamantini, P. Sodano, C. A. Trugenberger, <i>Gauge theories of Josephson junction arrays</i>, Nucl. Phys. B, Band 474, 1996, S. 641–677.</span>

</li>

<li id="cite_note-6"><span class="mw-cite-backlink"><a href="#cite_ref-6">↑</a></span> <span class="reference-text">Diamantini, Trugenberger, Vinokur: <i>Confinement and asymptotic freedom with Cooper pairs</i>. In: <i>Nature Communications Physics</i>, Band 1, 7. November 2018, <a rel="nofollow" class="external text" href="https://www.nature.com/articles/s42005-018-0073-9">Online</a></span>

</li>

<li id="cite_note-7"><span class="mw-cite-backlink"><a href="#cite_ref-7">↑</a></span> <span class="reference-text">Valerii M. Vinokur, Tatyana I. Baturina, Mikhail V. Fistul, Aleksey Yu. Mironov, Mikhail R. Baklanov, Christoph Strunk: <a rel="nofollow" class="external text" href="https://www.nature.com/articles/nature06837"><i>Superinsulator and quantum synchronization</i></a>. Nature, Band 452, 2008, S. 613–615.</span>

</li>

<li id="cite_note-8"><span class="mw-cite-backlink"><a href="#cite_ref-8">↑</a></span> <span class="reference-text"><span class="cite"><a rel="nofollow" class="external text" href="https://phys.org/news/2008-04-newly-superinsulators-materials-electronics.html"><i>Newly discovered 'superinsulators' promise to transform materials research, electronics design.</i></a> In: <i>phys.org.</i> 4. Juli 2008,<span class="Abrufdatum"> abgerufen am 15. März 2018</span> (englisch).</span><span style="display: none;" class="Z3988" title="ctx_ver=Z39.88-2004&rft_val_fmt=info%3Aofi%2Ffmt%3Akev%3Amtx%3Adc&rfr_id=info%3Asid%2Fde.wikipedia.org%3ASuperisolator&rft.title=Newly+discovered+%27superinsulators%27+promise+to+transform+materials+research%2C+electronics+design&rft.description=Newly+discovered+%27superinsulators%27+promise+to+transform+materials+research%2C+electronics+design&rft.identifier=https%3A%2F%2Fphys.org%2Fnews%2F2008-04-newly-superinsulators-materials-electronics.html&rft.date=2008-07-04&rft.language=en"> </span></span>

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