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Festkörperphysik: Fraktale Strukturen im Supraleiter

Fraktal
Fraktale sind in der Natur keine Seltenheit. So ähneln sich etwa die geometrischen Muster in Blitzen, Farnen oder Flussdeltas über viele Größenordnungen. Dennoch überrascht Wissenschaftler der neueste Fund: Sauerstoffatome in einem Kupferoxidsupraleiter ordnen sich in fraktalen Strukturen an und scheinen die supraleitenden Eigenschaften damit sogar zu unterstützen.

In den Zwischenschichten des Hochtemperatursupraleiters La2CuO4+y befinden sich überschüssige Sauerstoffatome, die beim Kühlen des Supraleiters in zufälligen Positionen "einfrieren". Mittels Röntgenbeugung untersuchten Wissenschaftler um Antonio Bianconi von der Università degli Studi di Roma "La Sapienza" in Italien nun die Verteilung dieser Zwischengitteratome in verschiedenen Proben des supraleitenden Materials.

Demnach ordnen sich die Sauerstoffatome zwischen den supraleitenden CuO2-Lagen gerade so an, dass sich das von ihnen erzeugte Muster immer wiederholt – über Größenskalen von einem bis zu 400 Mikrometern. Diese Spanne war umso größer, je höher die Sprungtemperatur des Materials, berichten die Wissenschaftler. Eine Erklärung für diesen Zusammenhang zwischen fraktaler Anordnung der Sauerstoffatome und supraleitenden Eigenschaften haben Bianconi und sein Team allerdings noch nicht.

Zumal sich die für die Supraleitung relevanten Prozesse wie die Paarbildung von Elektronen auf der Nanometerskala abspielen sollten, bemerkt Jan Zaanen von der niederländischen Universität Leiden in einem begleitenden Artikel. Die nun beobachteten Effekte fänden aber auf mehr als 1000-fach größeren Skalen statt. Möglicherweise liege dieser scheinbare Widerspruch in der Hochtemperatursupraleitung selbst begründet, die im Gegensatz zur gewöhnlichen Supraleitung bisher nicht gut verstanden ist. (mp)

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  • Quellen
Fratini, M. et al.: Scale-free structural organization of oxygen interstitials in La2CuO4+y. In: Nature 466, S. 841–844, 2010.

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