Materialwissenschaft: Mechanismus der Hochtemperatur-Supraleitung geklärt?
Zwei internationale Wissenschaftlerteams haben offenbar die lang gesuchte Ursache für die Hochtemperatur-Supraleitung gefunden. John Tranquada vom Brookhaven National Laboratory und seine Kollegen verglichen dazu magnetische Anregungszustände von Lanthan-Barium-Kupfer-Oxid-Keramiken (LBCO) mit denen von Yttriumkuprat, einem der bekanntesten Hochtemperatur-Supraleiter. Aus deren Ähnlichkeit schließen die Forscher, dass ein Wechsel antiferromagnetischer und dotierter Regionen die Voraussetzung für das Vorhandensein vom verlustfreien Stromfluss in diesen Keramiken sein muss [1]. Diese Beobachtung deckt sich mit Messungen, die ein weiteres internationales Forscherteam um Stephen Hayden von der Universität Bristol ermittelten [2].
Die Stärke der supraleitenden Eigenschaft von LBCO-Materialien hängt entscheidend von der Anzahl der Bariumatome ab; bei einem Verhältnis von einem Bariumatom zu acht Kupferatomen verschwindet der Effekt sogar ganz. Von genau dieser Keramik, die auch das Team um Tranquada untersucht hatte, weiß man, dass sich in dem Kristallgitter antiferromagnetische Ebenen – das sind Gebiete, bei denen sich die Spins der Kupferatome antiparallel ausrichten – mit Flächen abwechseln, die Elektronenmangel aufweisen. Solche so genannten "Löchern" in dotierten Bereichen sind beispielsweise aus der Halbleitertechnik bekannt.
Wissenschaftler hatten nun schon lange vermutet, dass die Hochtemperatur-Supraleitung durch eine solche streifartige Natur verursacht wird, die sich durch das Kristallgitter windet, konnten es aber bislang weder beweisen noch beobachten. Es sei, also ob man versuche, aus einer riesigen Entfernung Streifen auf einer wehenden Fahne zu beobachten, und zwar mit einem Fernrohr aus Sodaflaschenglas, erklärt Tranquada, dessen Forscherteam diese Beobachtung jetzt offenbar gelungen ist.
Wenn jedes achte Kupferatom durch ein Bariumatom ersetzt wird, scheinen die Streifen "eingefroren" zu sein – und damit beobachtbar. Ändert sich das Verhältnis von Kupfer- zu Bariumatomen, beginnen die Strukturen im wahrsten Sinne des Wortes zu verschwimmen: Sie sind dann wohl noch vorhanden, aber nicht mehr zu beobachten. Zugleich beginnt der verlustfreie Stromtransport.
Die Stärke der supraleitenden Eigenschaft von LBCO-Materialien hängt entscheidend von der Anzahl der Bariumatome ab; bei einem Verhältnis von einem Bariumatom zu acht Kupferatomen verschwindet der Effekt sogar ganz. Von genau dieser Keramik, die auch das Team um Tranquada untersucht hatte, weiß man, dass sich in dem Kristallgitter antiferromagnetische Ebenen – das sind Gebiete, bei denen sich die Spins der Kupferatome antiparallel ausrichten – mit Flächen abwechseln, die Elektronenmangel aufweisen. Solche so genannten "Löchern" in dotierten Bereichen sind beispielsweise aus der Halbleitertechnik bekannt.
Wissenschaftler hatten nun schon lange vermutet, dass die Hochtemperatur-Supraleitung durch eine solche streifartige Natur verursacht wird, die sich durch das Kristallgitter windet, konnten es aber bislang weder beweisen noch beobachten. Es sei, also ob man versuche, aus einer riesigen Entfernung Streifen auf einer wehenden Fahne zu beobachten, und zwar mit einem Fernrohr aus Sodaflaschenglas, erklärt Tranquada, dessen Forscherteam diese Beobachtung jetzt offenbar gelungen ist.
Wenn jedes achte Kupferatom durch ein Bariumatom ersetzt wird, scheinen die Streifen "eingefroren" zu sein – und damit beobachtbar. Ändert sich das Verhältnis von Kupfer- zu Bariumatomen, beginnen die Strukturen im wahrsten Sinne des Wortes zu verschwimmen: Sie sind dann wohl noch vorhanden, aber nicht mehr zu beobachten. Zugleich beginnt der verlustfreie Stromtransport.
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