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Materialforschung: Supraleitung und Magnetismus in wenigen Atomlagen

Auch wenn ein Metallfilm nur zwei Monolagen dick ist, kann er noch über supraleitende Eigenschaften verfügen [1]. Hauchdünne Ferromagneten verlieren dagegen ihre magnetischen Eigenschaften [2].

Physiker der University of Texas in Austin hatten einen supraleitenden Bleifilm, von dem sie Atomlage für Atomlage abtrugen, per Rastertunnelspektroskopie untersucht. Bis hin zu zwei Lagen, bei dem die Stabilitätsgrenze für den Film erreicht war, blieb die Supraleitung erhalten. Bei dieser kleinst möglichen Dicke sank die Sprungtemperatur, bei der ein Material supraleitend wird, plötzlich auf ein viel niedrigeres Niveau ab. Ihr Wert sei empfindlich abhängig von der atomaren Struktur des Films, berichten Chih-Kang Shih und Kollegen.

Bisher war der Nachweis der Supraleitung nur bis hin zu fünf Atomlagen dicken Metallfilmen gezeigt worden. Hier liegen trotz des dünnen Films noch mehrere Elektronenkanäle vor, schreiben die Autoren. Somit blieb unklar, inwieweit deren Zusammenspiel die Supraleitung beeinflusst. Bei nur zwei Atomlagen existierten nur noch ein einzelner Elektronenkanal, so die Forscher. Anders als die Supraleitung bleiben die magnetischen Eigenschaften eines Ferromagneten nicht erhalten, wenn dieser auf nanometergroße Dimensionen verkleinert wird. Carlos Untiedt von der Universidad de Alicante und seine Kollegen reduzierten in ihren Experimenten den Durchmesser von magnetischen Eisen-, Kobalt- und Nickeldrähten.

Als Grund für den Verlust der magnetischen Eigenschaften vermuten die Wissenschaftler, dass die Elektronen an der Metalloberfläche anderen Wechselwirkungen ausgesetzt sind als solche inmitten des Materials. Ihre Entdeckung offenbare eine unerwartete Variante des so genannten Kondo-Effekts, bei dem der elektrische Widerstand eines magnetischen Leiters minimal wird, sobald eine bestimmte Temperatur unterschritten wird. (mp)

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  • Quellen
[1] Qin, S. et al.: Superconductivity at the Two-Dimensional Limit. In: Science 10.1126/science.1170775, 2009.
[2] Reyes Calvo, M. et al.: The Kondo effect in ferromagnetic atomic contacts. In: Nature 458, S. 1150–1153, 2009.

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