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Festkörper: Subatomares Tempolimit

In einer seltsamen Klasse von Metallen geben Elektronen ihre Energie offenbar so schnell ab, wie es die Gesetze der Quantenmechanik erlauben. Forscher versuchen dieses Phänomen besser zu verstehen und hoffen damit, die letzten Geheimnisse der Supraleitung zu lüften.
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Vor mehr als drei Jahrzehnten stellten Physiker fest, dass einige Metalle beim Abkühlen ein ex­trem ungewöhnliches Verhalten an den Tag legen: Ihre Elektronen stoßen innerhalb kürzester Zeit wie wild gegeneinander, so dass die Stoffe einen höheren elektrischen Widerstand haben als gewöhnliche Leiter. Das erstaunliche daran ist, dass diese so genannten »strange metals« unterhalb einer kritischen Temperatur plötzlich supraleitend werden.

Zu ihnen zählen unterschiedliche Materialien, die sich weder in ihrem Aufbau, ihrer Kristallstruktur oder ihren übrigen chemischen Eigenschaften ähneln. Im November 2018 hat das Team um Anaëlle Legros von der Université de Sherbrooke in Kanada das seltsame Verhalten der Elektronen auch in einer großen Gruppe von keramischen Kristallen, so genannten Cupraten beobachtet. Frühere Stu­dien, insbesondere eine Arbeit von Andrew Mackenzie von der University of St Andrews in Schottland und seinen Kollegen aus dem Jahr 2013, hatten bereits gezeigt, dass auch in anderen exotischen supraleitenden Verbindungen wie Strontiumruthenat, Pnictiden und Tetramethyltetrathiafulvalen Elektronen ihre Energie durch heftige Stöße offenbar schnellstmöglich in Wärme umwandeln.

Doch was genau die Teilchen dazu veranlasst, ist nicht bekannt …

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Von »Spektrum der Wissenschaft« übersetzte und redigierte Fassung des Artikels »Universal Quantum Phenomenon Found in Strange Metals« aus »Quanta Magazine«, einem inhaltlich unabhängigen Magazin der Simons Foundation, die sich die Verbreitung von Forschungsergebnissen aus Mathematik und den Naturwissenschaften zum Ziel gesetzt hat.

Juni 2019

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum der Wissenschaft Juni 2019

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  • Quellen

Bednorz, J. G., Müller, K. A.: Possible high Tc superconductivity in the Ba−La−Cu−O system. Zeitschrift für Physik B Condensed Matter 64, 1986

Legros, A. et al.: Universal T-linear resistivity and Planckian dissipation in overdoped cuprates. Nature Physics, 2018

Mackenzie, A. et al.: Similarity of scattering rates in metals showing T-linear resistivity. Science 339, 2013

Orenstein, J. et al.: Frequency- and temperature-dependent conductivity in YBa2Cu3O6+x crystals. Physical Review B 42, 1990

Zaanen, J.: Why the temperature is high. Nature 430, 2004