Yale-Forscher finden im Labor Beweise für neuartige Supraleitung

Ein Forschungsteam unter Leitung der Yale University hat erstmals überzeugende Hinweise auf eine neuartige Art von Supraleitung entdeckt. Diese stützt sich auf eine schon länger bestehende Theorie, dass sich Elektronen in bestimmten Richtungen bevorzugt bewegen.

Elektronische Nematizität bestätigt

Diese Theorie spricht von der "elektronischen Nematizität". Das Material, das im Fokus der Untersuchung stand, war Eisen-Selenid, ein Kristall aus Eisen und Selen, dem Schwefel zugesetzt wurde. Bei Raumtemperatur sind die Elektronen in den Eisenatomen noch gleichmäßig in alle Richtungen verteilt. Doch bei extrem niedrigen Temperaturen können sie in eine "nematische Phase" übergehen, in der die Elektronen beginnen, entweder die horizontale oder die vertikale Richtung zu bevorzugen.

Seit Jahrzehnten versuchen Physiker, Supraleitung infolge solcher nematischer Fluktuationen nachzuweisen. Bisher scheiterten jedoch viele Versuche. Das Team um Yale-Physiker Eduardo H. da Silva Neto konnte nun jedoch erstmals einen Zusammenhang zwischen diesen Fluktuationen und Supraleitung belegen. Die Forschungsergebnisse wurden im Journal Nature Physics veröffentlicht.


"Wir hatten den Verdacht, dass bestimmte Eisen-Selenid-Materialien mit Schwefel interessante Phänomene im Zusammenhang mit der Supraleitung und nematischen Fluktuationen zeigen könnten", erklärte da Silva Neto, Assistenzprofessor an der Fakultät für Physik an der Yale University. Die Kombination dieser Materialien sei ideal, da sie nematische Ordnung und Supraleitung aufweisen, ohne die für Studien hinderliche Eigenschaft des Magnetismus.

Kalt unter dem Mikroskop

Für das Experiment kühlten die Wissenschaftler das Material auf Temperaturen unter 500 Millikelvin, also knapp über dem absoluten Nullpunkt, herunter. Mithilfe eines Rastertunnelmikroskops (STM), das die Quantenzustände der Elektronen auf atomarer Ebene sichtbar macht, suchten sie nach einem sogenannten "supraleitenden Gap" - einem Indikator für das Vorhandensein von Supraleitung. Die Messungen bestätigten, dass die Lücke exakt auf eine Supraleitung durch elektronische Nematizität zurückzuführen ist.

"Diese Ergebnisse waren schwer nachzuweisen, da die STM-Messungen bei sehr niedrigen Temperaturen durchgeführt werden müssen, um die Lücke präzise zu erfassen", erklärte da Silva Neto. "Der nächste Schritt wird sein, noch genauer zu untersuchen, wie sich eine erhöhte Schwefelkonzentration auf die Supraleitung auswirkt - ob sie abnimmt oder ob andere Fluktuationen wie die der Spinrichtung auftreten."


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