seine Arbeiten zusammen mit seinen Kollegen Leo Esaki und Ivar Giaever den Nobelpreis für Physik.
Durch die bahnbrechenden Arbeiten von Josephson wurde nicht nur das schon besprochene Kernspinresonanzverfahren im Medizinsektor möglich, sondern auch ein konkurrenzloses Verfahren im Bereich der Neurologie, um magnetische Felder, die durch elektrische Ströme hervorgerufen werden, mit höchstmöglicher Präzision festzustellen.
Diese als Magnetenzephalographie (MEG) bezeichnete Methode misst die die elektrischen Ströme begleitenden schwachen Magnetfeldveränderungen außerhalb des menschlichen Kopfes mithilfe von Biomagnetometern. Das erste MEG wurde 1968 von David Cohen am Massachusetts Institute of Technology (MIT) aufgenommen. Die Unterschiede zum EEG (Elektroenzephalographie) liegen in den fehlenden Verzerrungen der Magnetfelder beim Weg durchs menschliche Gewebe mit unterschiedlichen Wechselstromeigenschaften und somit der Möglichkeit einer hohen räumlichen und zeitlichen Auflösung der Biosignale ohne zeitaufwendige Berücksichtigung der Volumenleitergeometrie. Im Vergleich zum EEG ist das MEG für radiale Stromquellen blind, da diese an der Kopfoberfläche keine Magnetfeldveränderungen ergeben. Da das MEG kein bildgebendes Verfahren ist, werden die Quellenlokalisationen üblicherweise mit einem MRT-Datensatz überlagert. Daher wird diese Methode im angloamerikanischen Sprachgebrauch auch „Magnetic Source Imaging“ (MSI) genannt. Mit dieser Methode sind Quellenlokalisationen exakt auf die individuelle Anatomie des Patienten übertragbar. So ist es möglich, auch bei Veränderungen von bekannten anatomischen Strukturen, z. B. im Falle eines Hirntumors oder Ödems, die Lage und den Bezug zur MEG-Quellenlokalisation und damit zu den gesuchten Funktionsarealen zu erhalten.
Die erwähnten Möglichkeiten der in der Schädelhöhle befindlichen Stromquellen wurden erstmals 1993 dazu benutzt, das MEG zur prächirurgischen Diagnostik einzusetzen. Bereits vorher gab es Möglichkeiten für eine funktionelle Bildgebung mit den nuklearmedizinisch-metabolischen Verfahren der „Single Photon Emission Tomography“ und „Positron Emission Tomography“. Wegen der ungenügenden räumlichen Auflösung, des apparativen Aufwands und Problemen der gemeinsamen Registrierung der metabolischen Daten mit anatomischen Datensätzen fanden beide Verfahren jedoch nur vereinzelt Anwendung. Mit der Einführung des sogenannten BOLD-Kontrasts zum Zwecke des Nachweises der Abhängigkeit des Bildsignals vom Sauerstoffgehalt in den roten Blutkörperchen durch Ogawa 1990 war es dann auch möglich, nichtinvasive Studien über die Kopplung von regionaler Durchblutung und neuronaler Aktivität mit der sogenannten funktionellen Magnetresonanztomographie (f-MRT) durchzuführen. Diese Methode wird in der präoperativen Diagnostik zur Lokalisation der Zentralregion genutzt und für neurochirurgische Operationen in einigen Zentren bereits eingesetzt. Bis Mitte der 1990er-Jahre wurde im klinischen Alltag aber hauptsächlich indirekt, nämlich über anatomische Landmarken, der Bezug eines Hirntumors zum motorischen Cortex definiert. Die Anwendung dieser Methode ist allerdings erschwert, wenn die Anatomie oder die Hirnfunktion durch Massenverlagerung oder ein Ödem verstrichen ist. Oftmals konnte man dann erst intraoperativ durch somatosensorisch evozierte Potenziale, die sogenannte Phasenumkehr, feststellen, dass große Teile des motorischen Cortex durch den Tumor erfasst waren und sich eine weitere Operation daher verbat, wollte man den Patienten nicht schwer schädigen. Durch die Lokalisierung von somatosensorisch evozierten Feldern (SEF) mit dem MEG kann ein für taktile Wahrnehmungen des Körpers zuständiges Verarbeitungsgebiet im Rindengebiet des Großhirns, dem sogenannten Gyruspostcentralis, verarbeitet werden und damit der Bezug einer Raumforderung zum motorischen Cortex durch ein relativ einfaches Verfahren bereits im Vorfeld der geplanten Operation visualisiert werden. Die klinische Genauigkeit der sogenannten SEF-Lokalisationen wurde in mehreren Studien bestätigt, bei denen die SEF-Lokalisationen intraoperativ mit somatosensibel evozierten Potenzialen verglichen wurden. Mit der Einführung der Neuronavigation wurde es möglich, den neurochirurgischen Raum des Bilddatensatzes mit dem physikalischen Raum des Operationsgebietes zu verknüpfen und die Position von Instrumenten im stereotaktischen Raum in Echtzeit zu verfolgen. Die zusätzliche Einbindung der MEG-Daten in den Bilddatensatz der Neuronavigation ermöglichte, dass der Operateur durch das Verfolgen eines Pointers oder durch die Einspielung von segmentierten Bilddaten in das Operationsmikroskop nun in wenigen Sekunden funktionelle Hirnareale identifizieren konnte. Die Verknüpfung von funktionellen Bilddaten mit der Neuronavigation wird auch als funktionelle Neuronavigation bezeichnet.
Potenziell profitieren von der MEG-Technologie vor allem auch Epilepsiepatienten, deren Anzahl sich auf weltweit 50 Millionen beläuft. Aufgrund der hohen Empfindlichkeit der MEG-Systeme müssen diese gegen Störungen des Erdmagnetfeldes abgeschirmt werden. Dies erfolgt durch Unterbringung der Messungen in aus sogenanntem Mumetall (das sind weichmagnetische Nickel-Eisen-Verbindungen) bestehenden Abschirmräumen. Erste MEG-Systeme wurden von der in San Diego beheimateten kalifornischen Firma Biomagnetic Technologies Inc. hergestellt und vertrieben. Es handelt sich dabei um Systeme mit bis zu über 300 über den Kopf verteilten MEG-Detektoren, die eine vollständige Abdeckung des Gehirns ermöglichen. Die Verfügbarkeit von MEG-Systemen motivierte unter anderem den Aufbau von Epilepsiezentren.
Das Heliumzeitalter wurde 1986 durch die Entdeckung der sogenannten Hochtemperatursupraleiter der Herren J. G. Bednorz und K. A. Müller am IBM-Forschungszentrum im schweizerischen Rüschlikon mit dem Eintritt in das Stickstoffzeitalter ergänzt.
Sie entdeckten sensationellerweise supraleitende Substanzen mit Sprungtemperaturen von mehr als minus 196,15 Grad Celsius. Zu deren Kühlung reicht der deutlich preisgünstigere flüssige Stickstoff völlig aus. Es handelt sich nicht mehr nur um Metalle, sondern um Keramiken (Cuprate), komplexe Metalloxidverbindungen. Bednorz und Müller erhielten hierfür folgerichtig 1987 den Nobelpreis für Physik.
Weitere Hochtemperatursupraleiter mit unerwarteten spektakulären Eigenschaften entdeckte im Jahr 2008 der Japaner Hideo Hosono. Es handelt sich hierbei um supraleitende Verbindungen aus Eisen, Lanthan, Phosphor und Sauerstoff.
Entgegen der üblichen Lehrmeinung könnte es sich bei dieser Stoffklasse um das Vorliegen von ferromagnetischen Supraleitern handeln. Bislang nahm man an, dass das Phänomen der Supraleitung nicht mit dem Vorliegen ferromagnetischer Komponenten vereinbar ist. Aber genau dieser Umstand scheint bei diesen eisenhaltigen Verbindungen der Fall zu sein. Darüber hinaus werden bei ihnen durch Beimischungen von Arsen bemerkenswert hohe Sprungtemperaturen von minus 217 Grad Celsius berichtet.
Die Arbeiten des Forscherteams von Professor Hideo Hosono sind zudem der experimentelle Nachweis der von mir bereits 1983 in meiner Dissertation zur „Theorie ferromagnetischer Supraleiter“ prognostizierten Möglichkeit des Auftretens der Koexistenz von Supraleitung und Ferromagnetismus. Meine Arbeit kann beim TIB Leibniz-Informationszentrum Technik und Naturwissenschaften der Universitätsbibliothek Hannover eingesehen beziehungsweise angefordert werden.
Ich hatte ein zur Beschreibung magnetischer Supraleiter geeignetes Zweibandmodell, das auf seinerzeitigen experimentellen und theoretischen Erfahrungen über ternäre Verbindungen basiert, auf die Möglichkeit der Koexistenz von Supraleitung und Ferromagnetismus mit anerkannten Methoden der theoretischen Physik untersucht. Das hierzu herangezogene Bändermodell dient dabei der Beschreibung des energetischen Zustands der Elektronen von Atomen in einem kristallinen Festkörper. Während in einem einzelnen nichtgebundenen Atom die Elektronen diskrete Energiezustände einnehmen, führen in einem Kristall die Wechselwirkungen zwischen den Atomen zu einer Verbreiterung der Energiezustände, das heißt, dicht beieinanderliegende Energiezustände verschmelzen zu Energiebändern, bei denen eine kontinuierliche Verteilung der Energiezustände vorliegt. Diese Energiebänder sind durch energetische Bereiche voneinander getrennt, in denen keine Elektronenzustände erlaubt sind, das heißt, es liegen verbotene Zonen beziehungsweise Bandlücken vor. Die Bänder jedoch ermöglichen die physikalischen Eigenschaften des Festkörpers wie metallische Leitung, Isolatoreigenschaften oder Magnetismus.
Im betrachteten Fall spielen die folgenden Akteure die Hauptrollen: Elektronen des s-Bandes tragen das Trikot der Normalleitung, 4d-Elektronen das der Supraleitung und 4f-Spins bestreiten die magnetischen Eigenschaften.
Aufgrund der Berücksichtigung eines zusätzlichen Bandes normalleitender Elektronen, das mit den supraleitenden Elektronen und den magnetischen Momenten mittels Austausch wechselwirkt, ergibt sich die interessante Möglichkeit eines Austauschkompensationseffektes, der auf einer Reduktion der starken paarbrechenden Wirkung der Spinaustauschstreuung