Supraleitung bei hohen Temperaturen

Forschung

22.12.2009

Magnetische Wechselwirkungen könnten bewirken, dass bestimmte Materialien Strom verlustfrei leiten, und zwar bei höheren Temperaturen als klassische Supraleiter wie etwa Blei. Dazu haben Wissenschaftler vom Max-Planck-Institut für Festkörperforschung jetzt mit Hilfe von Neutronenmessungen an der Forschungs-Neutronenquelle FRM II der Technischen Universität München (TUM) einen wichtigen Betrag geleistet. Ihre Ergebnisse veröffentlichten sie nun in der Online-Ausgabe der renommierten Fachzeitschrift Nature Physics.

Dreiachsen-Spektrometer PUMA im FRM II. (Foto: Wenzel Schuermann / TUM)

Supraleiter, die Strom bei moderaten Temperaturen verlustfrei leiten, das hatten sich die Wissenschaftler nach der Entdeckung der so genannten Hochtemperatur-Supraleiter erhofft. Inzwischen ermöglichen supraleitende Magnete in Forschung und Medizin zwar Messungen mit Kernspintomografen, sie halten die Protonen auf Spur, die durch den Large Hadron Collider flitzen, und in mehr oder weniger großen Pilotversuchen transportieren supraleitende Kabel auch schon Strom ohne Verluste. Doch der große Durchbruch blieb dieser Technologie bisher versagt, denn die höchsten Temperaturen, bei denen Materialien derzeit ihren elektrischen Widerstand verlieren, liegen immer noch unter minus 135 Grad Celsius.

Um die Temperaturgrenze weiter nach oben zu verschieben, müssen die Forscher zunächst vor allem verstehen, wie die Supraleitung überhaupt entsteht. Mit Neutronenmessungen an supraleitenden Eisenarseniden haben die Physiker nun weitere Hinweise darauf gefunden, dass die Supraleitung auch über einen magnetischen Mechanismus erzeugt werden könnte.

In dem untersuchten Eisenarsenid regten die Forscher des Max-Planck-Instituts zusammen mit den Wissenschaftlerinnen Dr. Astrid Schneidewind und Dr. Klaudia Hradil an der TUM-Forschungs-Neutronenquelle so genannte Spinwellen an. Dazu wurde die Probe schnellen Neutronen am Dreiachsenspektrometer PUMA und langsamen Neutronen am Dreiachsenspektrometer PANDA ausgesetzt. Gibt es eine Wechselwirkung zwischen dem Neutron und der Spinwelle, überträgt das Neutron Energie, es wird langsamer und ändert seine Flugrichtung. Aus der Analyse von Richtung und Energie der gestreuten Neutronen erkennt man, dass die Wechselwirkungen magnetischer Natur sind.

Die Messwerte zu den Eisenarseniden werden nun von den Theoretikern benutzt, um eine Erklärung für den konkreten Zusammenhang zwischen Magnetismus und Supraleitung zu finden. Gelingt das, dann könnten die Physiker gezielt die Materialeigenschaften verändern, um die Supraleitungs-Temperatur nach oben zu treiben. So könnten Supraleiter in Zukunft vielleicht eine viel breitere technische Anwendung finden.

Originalpublikation:

Normal-state spin dynamics and temperature-dependent spin-resonance energy in optimally doped BaFe1.85Co0.15As2 D.S. Inosov, J.T. Park, P. Bourges, D.L. Sun, Y. Sidis, A. Schneidewind, K. Hradil, D. Haug, C.T. Lin, B. Keimer and V. Hinkov; Nature Physics, advance online publication, 20. Dezember 2009; DOI 10.1038/NPHYS1483

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