Stoffsamlung Supraleiter

7/24/2019 Stoffsamlung Supraleiter

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Superwelle im Supraleiter

Intensive Terahertz-Pulse regen in einem keramischen Supraleiter Josephson-Plasma-Solitonen an, die sich fr die Datenverarbeitung nutzen lassen knnten

!"# $%rz !&'(

Ph)siker knnen das *erhalten von +estkrpern immer pr%ziser mit icht kontrollieren# ininternationales Team um +orscher des .amburger $a/-Planck-Instituts fr Struktur undD)namik der $aterie und der 0niversit%t 1/ford hat nun festgestellt, dass ein intensiverTerahertz-Puls eines asers durch einen keramischen Supraleiter in +orm eines Solitons2andert# in Supraleiter leitet Strom ohne elektrischen 3iderstand4 die schichtfrmigaufgebauten keramischen Supraleiter reflektieren icht, solange dessen +re5uenz einen

bestimmten 3ert, die Josephson-Plasmafre5uenz, nicht berschreitet# +r icht oberhalbdieser +re5uenz, die fr den keramischen Supraleiter bei z2ei Terahertz, also z2ischenInfrarot und $ikro2ellenlicht liegt, 2ird der Supraleiter transparent# 3ie das +orscherteamnun festgestellt hat, 2andert ein ichtpuls, der genau die Josephson-Plasmafre5uenz besitzt,sehr langsam durch das $aterial, ohne 2ie eine ge2hnliche 3elle allm%hlich zu zerflie6en#Solche 3ellenpakete hei6en Solitone und sind unter anderem auch fr Tsunamis t)pisch#icht-Solitone sind ntzlich, um die *erluste bei der optischen Datenbertragung zureduzieren#

Ein Soliton auf seinem Weg durch den Supraleiter: Regt ein sehr intensiver

Laserpuls mit einer Frequenz von zwei erahertz den SupraleiterLanthanstrontiumcuprat an! entsteht eine "osephson#$lasmawelle! die langsam%&er die E&enen des 'aterials wandert und nicht zer(ie)t wie gew*hnlicheWellen+ Es handelt sich um ein "osephson#$lasma Soliton! das aus zweigegeneinander drehenden Wir&eln des supraleitenden unnelstromes &esteht+7 Jrg .arms 8 $PSD

ichtsignale haben sich in den vergangenen Jahren zu 2ahren angstreckenl%ufernent2ickelt# ine Strecke von einigen '&& 9ilometern be2%ltigen sie in einem :lasfaserkabelheute, ohne auch nur einmal aufgefrischt 2erden zu mssen# ;och zu


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D)namik der $aterie, der 0niversit%ten 1/ford und Tok)o so2ie des .elmholtz-@entrumsDresden Aossendorf haben nun Solitonen durch ein $aterial geschickt, das sich bislang einen

;amen als verlustfreier Stromleiter gemacht hatB den keramischen Supraleiteranthanstrontiumcuprat Ca',ESr&,'F?u1EG#

Dieses $aterial ist 2ie alle keramischen Supraleiter in Schichten aufgebaut# Der2iderstandslose Strom flie6t dabei durch einzelne dieser Schichten, die durch isolierendebenen voneinander getrennt sind# Trotzdem knnen die stromtransportierenden ?ooperpaare,zu denen sich in einem Supraleiter He2eils z2ei lektronen zusammenschlie6en, durch dieisolierende age von einer supraleitenden Schicht zur n%chsten gelangen# Sie bedienen sichdabei eines 5uantenmechanischen Tricks, sie tunneln n%mlich durch die fr sie eigentlichunber2indbare rt +lssigkeit vor#Dieses +luid charakterisieren 2ir zum einen durch die Dichte der ?ooperpaare und zumanderen durch die sogenannte Phase, die seine langreich2eitige 1rdnung beschreibt, erkl%rt$artin ckstein, der mit seinen 9ollegen vom .amburger $a/-Planck-Institut dietheoretischen :rundlagen fr das /periment gelegt hat# In diesem +luid knnen 2ir mitTerahertz-Strahlung Plasma2ellen anregen, sodass die Phase in dem +luid periodisch auf%hnliche 3eise sch2ankt 2ie die Dichte der uft in einer Schall2elle# *oraussetzung dafrist allerdings, dass die +re5uenz ber der sogenannten Josephson-Plasmafre5uenz liegt, diefr das anthanstrontiumcuprat bei z2ei Terahertz liegt#


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auch eine 3elle auf dem $eer allm%hlich auseinander# 3ie das Ph)sikerteam um die $a/-Planck-+orscher nun festgestellt hat, beeinflussen die nichtlinearen 3echsel2irkungen imJosephson-9ontakt die einzelnen +re5uenzen eines anregenden ichtpulses gerade sounterschiedlich, dass sie gebndelt bleiben#

#in neuer $rad an %ontrolle im Wechselspiel &on "icht und Materie

/perimentell konnten 2ir die Josephson-Plasma-Solitonen nur mit den Terahertz-Pulseneines +reie-lektronen-asers realisieren, 2eil sich deren +re5uenz zum einen sehr genaueinstellen l%sst und sie zum anderen sehr intensiv sind, erkl%rt iHhian @hang, einer der

beteiligten 3issenschaftler der $a/-Planck-+orschungsgruppe fr Strukturelle D)namik ander 0niversit%t .amburg#

Indem sie Solitonen in einem Supraleiter anregten, hat das +orscherteam einen neuen :rad an9ontrolle im 3echselspiel z2ischen icht und $aterie erreicht# 3ir haben damit gezeigt,dass 2ir in komple/en $aterialien gezielt nichtlineare Prozesse anregen und nutzen knnen,

sagt >ndrea ?avalleri, Direktor der $a/-Planck-+orschungsgruppe fr Strukturelle D)namik#Diese 9ontrolle 2ollen die +orscher nun noch aus2eiten, und sie versprechen sich davonneben neuen grundlegenden rkenntnissen auch einen praktischen ;utzen, mglicher2eise inder Datenverarbeitung#

,onstru-tiver ,on(i-t im Supraleiter

Ladungsdichtewellen ver&essern das .erst/ndnis des widerstandslosenStromtransports und -*nnten ein ungew*hnliches 0usammenspiel vonsupraleitenden und magnetischen 'aterialien er-l/ren

'"# >ugust !&'!

& ein 'aterial Strom ohne .erlust leitet! ist nicht zuletzt eine Frage der richtigenemperatur+ 2iese -*nnte sich f%r 3ochtemperatur#Supraleiter -%nftigzuverl/ssiger vorhersagen lassen+ Solche 'aterialien ge&en ihren Widerstand auf!wenn sie mit (%ssigem Stic-sto4 ge-%hlt werden! der relativ einfach zu

handha&en ist+ Ein internationales eam! an dem $h5si-er des 'a6#$lanc-#7nstituts f%r Fest-*rperforschung in Stuttgarter ma)ge&lich &eteiligt waren! hatnun herausgefunden! dass diese Form der Supraleitung mit Ladungsdichtewellen!also mit einer periodisch schwan-enden .erteilung der Ladungen -on-urriert+ 2adie $h5si-er diesen Wett&ewer& in ihren 'odellen &islang nicht &er%c-sichtigten!&lie&en ihre erechnungen der Sprungtemperatur! &ei der die Supraleitungeintritt! ungenau+ 7n einer weiteren 9r&eit ha&en die Forscher des Stuttgarter'a6#$lanc-#7nstituts Er-enntnisse gewonnen! wie supraleitende mitmagnetischen 'aterialien wechselwir-en+ 2a&ei ha&en sie &eo&achtet! dass dieele-tronischen Eigenschaften ,ristallschwingungen in gr*)erem mfang

&eein(ussen! als zu erwarten war+ 2ieser E4e-t -*nnte helfen!'aterialeigenschaften wie die Supraleitung oder die hermoele-trizit/t zu-ontrollieren+


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ild vergr*)ern

Ladung in Wellenform: 7n -eramischen ;ttrium# oder bhilfe schaffen, 2enn ihre 9hlung nicht mehr nergie verbraucht als sie einzusparen

helfen# $aterialien, die den ;amen .ochtemperatur-Supraleiter auch gemessen an der Pra/is

und gemessen an unserem allt%glichen Temperaturempfinden verdienen, 2ollen rbeiten sind die

Stuttgarter Ph)siker auf diesem 3eg nun einen Schritt vorangekommen#

iner ihrer ntdeckungen zufolge knnen 2ir 2ahrscheinlich froh sein, dass es

.ochtemperatur-Supraleitung berhaupt gibt K eine igenschaft, die trotz der momentanen

$ankos vielversprechend bleibt# Sie verdanken 2ir offenbar einem :lcksfall, sagt


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In den supraleitenden ?upraten haben 2ir die adungsdichte2ellen nicht er2artet, 2eil sie

die Supraleitung zerstren, sagt bst%nden mal

mehr und mal 2eniger zu konzentrieren schlie6en sich die lektronen in Supraleitern zu

?ooper-Paaren zusammen, die 2iderstandslos durch einen 9ristall flutschen knnen#

Dementsprechend beobachteten die +orscher die adungsmuster nur oberhalb der

Sprungtemperatur, bei der das $aterial supraleitend 2ird#

Jedoch 2uchsen die


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Sprungtemperatur zu erhhen# Dafr drfte sich die spezielle +orm des $agnetismus im

?$1 z2ar nicht eignen# Dieses $aterial ist n%mlich ferromagnetisch, das hei6t, die

magnetischen $omente der einzelnen >tome orientieren sich 2ie im isen alle in eine

Aichtung# 0nd diese +orm des $agnetismus bricht die ?ooperpaare auf, schadet also der

Supraleitung und senkt die Sprungtemperatur# $it dem $aterial l%sst sich aber sehr gut

untersuchen, 2ie die Sprungtemperatur auf den $agnetismus reagiert und 2orauf dessen

influss im Detail beruht#

Tats%chlich beobachteten die +orscher, 2as sie er2artet hattenB Die Sprungtemperatur des

M


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"adungsdichtewellen erkl(ren die weitreichende #lektron-Phonon-%opplung

ine *oraussetzung fr die grenzberschreitende 9opplung ist, dass die 9upfer- und

$anganatome direkt an der :renze ber He2eils ein Sauerstoffatom sehr stark miteinander

verbunden sind# Diese u6erdem knnen die 9upfer- und $anganatome Sch2ingungen mit derselben +re5uenzausfhren, sodass eine Sch2ingung der 9upferatome die $anganatome leicht mitziehen

kann# :anz so, 2ie auch z2ei 9inder nur im Takt schaukeln knnen, 2enn ihre Schaukeln

gleich lang sind, also mit derselben +re5uenz sch2ingen# 0nd angenommen ihre beiden

Schaukeln sind ber ein starkes :ummiband miteinander verbundenB >uch nur 2enn beide

auf gleichlangen Schaukeln sitzen, kann ein 9ind das andere mitziehen#

Schlie6lich braucht ein 9ind in einem solchen Schaukeltandem kr%ftige Schubser, damit dasandere mitpendelt# :enauso bedarf es im M


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Ein 3ochtemperatur#Supraleiter l/sst sich nun innerhal& einer illionstel Se-undean# und a&schalten ? 1@@ "ahre nach der Entdec-ung der Supraleitung und AB

"ahre nach der ersten Realisierung eines 3ochtemperatur#Supraleiters+ Ein eamum $h5si-er der niversit/t 6ford und der 'a6#$lanc-#Forschungsgruppe f%rStru-turelle 25nami- an der niversit/t 3am&urg hat den Schalter mit e6trem

-urzen und star-en erahertzpulsen realisiert+ 2ieses E6periment er*4net zumeinen die '*glich-eit! mehr %&er die noch immer nicht ge-l/rte rsache f%r diese9rt der Supraleitung zu erfahren+ 0um anderen deuten sich9nwendungsm*glich-eiten f%r eine zu-%nftige ultraschnelle Ele-troni- an+

ild vergr*)ern

'it einem ultra-urzen erahertz#$uls Cgel& o&enD wird der supraleitende ransportzwischen den Schichten eines ,uprat#,ristalls Czwei Schichten! rote und &laue,ugeln stellen die Sauersto4# &zw+ ,upfer#9tome darD gesteuert+ 9uf diese Weisel/sst sich die dreidimensionale Supraleitung sehr schnell an# und ausschaltenCorangene ,ugeln stellen Ele-tronen darD+

= "+'+ 3arms! 'a6#$lanc- Forschungsgruppe f%r Stru-turelle 25nami-! 3am&urg

Supraleitung ist einer der erstaunlichsten ph)sikalischen ffekte# Jeder elektrische eiter

besitzt einen 3iderstand# Doch einige $aterialien verlieren ihren 3iderstand vollst%ndig,

2enn man sie unter eine charakteristische Temperatur abkhlt# Dann flie6t der Strom

vollkommen verlustfrei# >ls der niederl%ndische Ph)siker .eike 9amerlingh 1nnes diesen

ffekt '='' an uecksilber entdeckte, glaubte er zun%chst an einen +ehler seines

$essinstruments, bevor ihm die Trag2eite seiner Jahrhundertentdeckung be2usst 2urde#

>llerdings muss man normale eiter, 2ie uecksilber oder


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sind bekanntB Im Innern dieses 9ristalls bildet das 9uprat benen, die bereinander liegen,

%hnlich 2ie die Seiten eines llerdings gelingt dies nur, 2enn der Puls eine sehr hohe +eldst%rke von mehreren

zehntausend *olt pro @entimeter erzeugt# 0nd er muss so kurz sein, dass der 9ristall sichnicht er2%rmt#

Solch e/trem starke, ultrakurze Terahertzpulse lassen sich erst seit kurzem erzeugen# Dies istdie >ufgabe von Teammitglied $atthias .offmann# Stark vereinfacht gelingt dies, indem maneinen ultrakurzen aserpuls in einen 9ristall aus itiumniobat schie6t# Durch einen ffekt,den Ph)siker optische :leichrichtung nennen, entsteht dann in dem 9ristall die ge2nschteTerahertzstrahlung#

3ie erhofft gelang das /periment, das >ndreas Dienst in 1/ford designed und ausgefhrthatB +r den kurzen @eitraum von 2eniger als einer Pikosekunde C'&-'!SekundenG, 2%hrenddem der Puls den 9ristall durch5uerte, 2ar die 9opplung z2ischen den benen und damit dieSupraleitung unterbrochen, anschlie6end kehrte sie 2ieder zurck# Der Supraleiter leidetdurch diesen *organg nicht und l%sst sich beliebig oft schalten

Das ist ein sehr spannendes rgebnis, 2eil 2ir mit dieser $ethode auch die +unktions2eisevon .ochtemperatur-Supraleitern untersuchen knnen, sagt ?avalleri# Darber hinaus sindauch >n2endungen dieses ffekts denkbar# Im :runde funktioniert der schaltbare.ochtemperatur-Supraleiter sehr %hnlich 2ie ein +eldeffekt-Transistor# Das ist ein .albleiter,dessen Stromdurchl%ssigkeit sich durch >nlegen einer elektrischen Spannung steuern l%sst#>nalog 2%re es denkbar, den .ochtemperatur-Supraleiter als ultraschnellen,

nanoelektronischen Transistor einzusetzen, der mit $ikro2ellen gesteuert 2ird#TB


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http:>>www+mpg+de>BG1@

Eisenarsenid-Supraleiter ein Beispiel fr die zentrale Rolle der

Kristallzucht in der Festkrperforschung

7ron arsenide superconductors ? an e6ample of the central role of cr5stal growthin solid state research

9utoren

9eimer, bteilung 9eimer, 3issenschaftliche Servicegruppe 9ristallzucht

$a/-Planck-Institut fr +estkrperforschung, Stuttgart

0usammenfassung

2ie 3erstellung hochwertiger Ein-ristalle ist von -aum zu %&ersch/tzenderedeutung f%r die Fest-*rperforschung! denn die 9ussage-raft e6perimentellerErge&nisse h/ngt entscheidend von der Hualit/t der $ro&en a&+ 3ier soll dieser

0usammenhang am eispiel der -%rzlich entdec-ten Eisenarsenid#Supraleiterverdeutlicht werden+

Summar5

he s5nthesis of high#grade single cr5stals pla5s a -e5 role in solid stateresearch! &ecause the signiIcance of e6perimental results depends criticall5 onthe sample qualit5+ We will illustrate this relationship &5 highlighting e6perimentson the recentl5 discovered high#temperature superconducting iron arsenides+

Einleitung

In fast allen +estkrpern sind die >tome auf einem regelm%6igen, hochs)mmetrischen

9ristallgitter angeordnet# In realen +estkrpern ist diese Aegem%6igkeit allerdings nie perfekt,denn Defekte 2ie z# n2endungen von +estkrpern auf einer kontrollierten >nzahl von Defekten, die die

ph)sikalischen und chemischen igenschaften ma6geblich beeinflussen knnen# in

5uantitatives *erst%ndnis realer +estkrper muss allerdings z2angsl%ufig von einem reinen,

mglichst defektfreien 9ristall ausgehen# Die theoretische


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2enn dessen igenschaften bekannt sind, l%sst sich auch der influss von Defekten im

Aahmen von 5uantitativen $odellen beschreiben#

Abb !"$hasendiagramm der .er&indung aFeA9sA! die im undotierten 0ustandantiferromagnetische C9FD rdnung aufweist+ 2urch Su&stitution von


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dieser 9lasse gehrt insbesondere die *erbindung s!, in der Supraleitung durch

Substitution von 9 fr bb# 'G# Damit sind

die isenarsenide nach den Aekordhaltern, den 9upfero/iden, die *erbindungen mit dem

z2eithchsten supraleitenden Tcund 2erden daher, 2ie auch die 9upero/ide, h%ufig als

.och-Tc-Supraleiter bezeichnet# Diese ntdeckung erregte 2elt2eit gro6e >ufmerksamkeit,

denn gerade in isenverbindungen, die 2ie auch elementares isen zum +erromagnetismus

neigen, h%tte 2ohl kaum Hemand .ochtemperatur-Supraleitung vermutet# *iele

3issenschaftler sehen nun in der 0ntersuchung der isenarsenide eine ?hance, 2eitere

>nhaltspunkte fr mikroskopische $odelle der .ochtemperatur-Supraleitung in den

9upfero/iden zu erhalten, deren 0rsprung auch nach intensiver +orschung in den letzten z2ei

Jahrzehnten noch nicht endgltig gekl%rt ist# Da die ;ot2endigkeit einer auf2endigen

9hlung gegen2%rtig der st%rkste .emmschuh fr breite technische >n2endungen von

Supraleitern ist, zeigt diese neue +orm der .ochtemperatur-Supraleitung auchtechnologisches Potenzial#

;ach der ntdeckung der Supraleitung in den isenarseniden 2urden viele /perimente an

vergleichs2eise einfach herzustellenden Pol)kristallen durchgefhrt, doch stie6 die

Interpretation der $essergebnisse aus den oben angefhrten :rnden schnell an ihre :renzen

'# in Durchbruch in der e/perimentellen +orschung gelang erst, nachdem 2elt2eite

>nstrengungen zur S)nthese von einkristallinen Proben zum rfolg fhrten#

3erstellung von Ein-ristallen

+r die S)nthese von inkristallen steht prinzipiell ein breites Spektrum an $ethoden zur

*erfgung# So lassen sich z# usstattung ermglichte eine

schnelle und erfolgreiche Aeaktion auf die besondere .erausforderung, die sich aus der

ntdeckung der Supraleitung in den isenarseniden ergab !#

ine der Sch2ierigkeiten bei der 9ristallzucht dieser $aterialien liegt in deren hohemSchmelzpunkt, der fr die in >bbildung ' dargestellte *erbindung s!beispiels2eise

bei ca#''&&o? liegt# u6erdem schmilzt s!inkongruent, d# h#

beim Schmelzen entstehen andere, uner2nschte chemische *erbindungen# .ier verschaffteein sungsmittel >bhilfeB Uhnlich 2ie 9ochsalz in 3asser lst sich s!bei hohen

Temperaturen in +e>s, und aus einer solchen +e>s-sung knnen 9ristalle ohneuner2nschte +remdphasen gezogen 2erden# ine 2eitere Sch2ierigkeit liegt in den


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umfangreichen Sicherungsma6nahmen, die erforderlich 2aren, um 9ontamination der

aboratorien durch hochgiftige >rsend%mpfe, die bei hohen Temperaturen entstehen knnen,

zu vermeiden# in unter >ufsicht von +achkr%ften fr >rbeitssicherheit am $PI-+9+

erarbeitetes Sicherheitskonzept sieht daher eine *ersiegelung des Schmelztiegels unter

Schutzgasatmosph%re in einer luftdichten uarzampulle vor# rst nach >bkhlung der

Schmelze auf Temperaturen, bei denen keine gasfrmigen >rsenverbindungen auftreten

knnen, 2ird diese >mpulle geffnet#

Abb &" 9uf&au zur 0%chtung von Eisenarsenid#.er&indungen ausSchmelzl*sungen+

= 'a6#$lanc-#7nstitut f%r Fest-*rperforschung

in fr die isenarsenid-9ristallzucht eigens ent2ickelter Schmelzofen ist schematisch in

+bbildung dargestellt# in >l!1(-Stab, dessen Temperatur 2enige :rade unterhalb der

Temperatur der Schmelze gehalten 2ird, dient als 9ristallisationskeim# Sobald durch

langsames >bkhlen an dem >l!1(-Stab s!-inkristalle ausreichender :r6eentstanden sind, kann die verbleibende, nicht mehr bentigte sung durch eine

9ippvorrichtung abgegossen und in der uarzampulle aufgefangen 2erden# In +bbildung

./a0ist ein auf diese 3eise entstandenes >gglomerat von 9ristallen abgebildet, aus dem He

nach


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Informationen zu den mikroskopischen igenschaften der isenarsenide zu sammeln und

diese zu einem stimmigen :esamtbild zusammenzufgen# @un%chst 2urden durch

Photoemissions-Spektroskopie Cd# h# Pr%zisionsmessungen des photoelektrischen ffektsG die

nergieniveaus der lektronen, die sogenannten luminium bei noch tiefen Temperaturen verant2ortlich ist# Dieser $echanismus

2urde schon vor mehr als R& Jahren prinzipiell erkl%rt#

/perimente an Sch2ingungen des isenarsenid-9ristallgitters lieferten allerdings keinerlei.in2eise auf eine unge2hnlich starke 3echsel2irkung z2ischen lektronen und

:ittersch2ingungen ", in Lbereinstimmung mit theoretischen *orhersagen fr diese

$aterialklasse# Somit kann die herkmmliche Theorie den supraleitenden @ustand in den

isenarseniden nicht erkl%ren# >uf der Suche nach alternativen rkl%rungen 2andte sich die>ufmerksamkeit der 3issenschaftlergemeinschaft schnell dem $agnetismus zu, denn der

supraleitende @ustand befindet sich in dem in >bbildung ' dargestellten Phasendiagramm in

unmittelbarer ;achbarschaft zu einer magnetisch geordneten Phase# In manchen Proben

koe/istieren sogar mikroskopische Dom%nen beider Phasen # >nders als in derferromagnetischen Phase von elementarem isen sind in den magnetisch geordneten

isenarseniden allerdings nicht s%mtliche $agnetmomente der isenatome parallel

zueinander angeordnet# Stattdessen richten sich die +e-$agnetmomente nur entlang

bestimmter 9ristallachsen parallel aus4 schaut man entlang einer anderen 9ristallachse, so

findet man eine alternierende, sogenannte antiferromagnetische >usrichtung C+bb1 3/a0G#

Die eingehende rforschung dieser antiferromagnetischen 1rdnung und deren >us2irkungenauf die ph)sikalischen igenschaften erfordert 2iederum einkristalline Proben, in denen die

9ristallachsen berall gleich ausgerichtet sind#

Da eine ganz %hnliche ;achbarschaft von antiferromagnetischen und supraleitenden Phasen

bereits von den 9upfero/iden beobachtet 2orden 2ar, lag die *ermutung nahe, dass in beiden

$ateriaklassen magnetische 3echsel2irkungen fr die Supraleitung verant2ortlich sind#

Tats%chlich konnten /perimentalph)siker am $PI-+9+ durch $essungen mit

;eutronenstreuung nach2eisen, dass scharf ausgepr%gte magnetische >nregungen trotz der

fehlenden magnetischen 1rdnung auch in supraleitenden isenarseniden vorhanden sind =,' Die in denselben /perimenten festgestellten deutlichen Underungen des magnetischen

>nregungsspektrums im supraleitenden @ustand C+bb1 3/b0G sind ein unverkennbarer


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+ingerabdruck eines magnetischen $echanismus der Supraleitung# :anz %hnliche ffekte

2urden zuvor auch in 9upfero/id-Supraleitern beobachtet#

Abb #"CaD 9ntiferromagnetische rdnung in undotiertem aFeA9sA+ 2ie $feilezeigen die 'agnetmomente der Eisenatome an+ C&D 'agnetische 9nregungen insupraleitendem aFe1!8BJo@!1B9sACc AB ,D+ F%r emperaturen c/hneln diemagnetischen 9nregungen denTenigen von undotiertem aFeA9sA+ 7msupraleitenden 0ustand Tedoch C U cD zeigt sich eine deutliche Vnderung des

9nregungsspe-trums+ 2ie 'essdaten wurden durch


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3ochtemperatursupraleiters und eines 'angano6ids a&wechseln+ 2a&ei ha&ensie festgestellt! dass die 9tome der &eiden Sto4e star-e chemische indungen%&er die Schichtgrenzen hinweg &ilden+ 2iese ande waren nicht nur &islangun&e-annt! sie ha&en auch star-en Ein(uss auf die Supraleitung+ '*glicherweiselassen sich die indungen -%nftig so formen! dass sie Supraleitung &ei h*heren

emperaturen als &islang erlau&en+ CScience! 1G+


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berlegt, h%tte man damit rechnen knnenV, sagt


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ihnen Hedoch erst Simulationen der lektronenstruktur, die sie mit ihren e/perimentellen

rgebnissen fttern# Solche Aechnungen geben ihnen nun auch .in2eise, in 2elchen

Schichtstrukturen sich die Supraleitung verst%rken 2rde# V>ber bis 2ir Transistoren aus

solchen $aterialien bauen knnen, 2ird es noch einige Jahre dauernV, sagt >www+mpg+de>BGPP>pressemitteilungA@@P111G1XIlterorderL

Huantentur&o f%r verlustfreien Strom

Huantene4e-te verst/r-en die Supraleitung von 0inn#


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= 7+ riuhega> '$7 f%r Fest-*rperforschung

$it $aterialien, die Strom auch bei sommerlichen Temperaturen noch ohne 3iderstand

transportieren, lie6e sich eine $enge nergie sparen# Supraleiter knnen das - im Prinzip#

Doch die derzeit besten Supraleiter geben ihren 3iderstand erst unterhalb von rund minus '"&

:rad ?elsius auf# 1b2ohl die Supraleitung bei Aaumtemperatur noch immer in 2eiter +erneliegt, sind ihr die +orscher des $a/-Planck-Instituts fr +estkrperforschung ein kleinesStck n%her gekommenB Sie haben die kritische Temperatur, unterhalb derer ein $aterial zum

Supraleiter 2ird, im abor dramatisch angehoben, indem sie ;anopartikel bestimmter :r6e

erzeugten#

Die kritische Temperatur steigt - die Ph)siker sprechen von einer *erst%rkung der

Supraleitung -, 2eil die nergiezust%nde in ;anoteilchen 5uantisiert sind# In einem gr6eren

Stck des $aterials bilden sie dagegen ein breites tome ergeben sich n%mlich sehr viele dicht beieinander liegende@ust%nde# Die 2enigen >tome in einem ;anoteilchen knnen dagegen nur eine kleine @ahl

von @ust%nden besetzen# Die tomen anordnen# >uch die lektronen in den

;anopartikeln besetzen nun diese Schalen# nzahlen schlie6en sich dielektronen in den Schalen leichter zu ?ooper-Paaren zusammen, die sich ohne 3iderstand

durch das $aterial be2egen knnen# 3ann sich in den Schalen die WmagischenX >nzahl von

lektronen versammeln, h%ngt auch von der :r6e und +orm der Partikel ab#

VDie /perimente, um die vorhergesagten uanteneffekte zu best%tigen, sind e/trem

anspruchsvoll und erreichen die :renze des technisch $glichenV, sagt Sangita


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Aauschen, entspricht aber den *orhersagen der TheorieV, sagt 9laus 9ern# Die :r6e braucht

sich nur um


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Tabelle einiger supraleitender $aterialien und ihrer LbergangstemperaturenB

(aterial(aterialklass

e )* Be+erkungen

Huec-sil&er 'etall +1B , erster entdec-ter Supraleiter

lei 'etall P+A ,

7ndium 'etall +@ ,

9luminium 'etall 1+1PB ,


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#CEAJuC


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von der


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http:>>www+festo+com>cms>decorp>11PG+htm

Rntgenblick enthllt berraschendes ,erhalten on

Supraleitern9eramische Supraleiter verhalten sich anders als er2artet# Das zeigt eine detaillierte

Antgenuntersuchung mit der DSM-Antgenlicht5uelle D1AIS# in internationales

+orscherteam beobachtete in dem $aterial uner2artete strukturelle *erzerrungen bei sehr

tiefen Temperaturen# Diese *erzerrungen, sogenannte adungsdichte-3ellen, haben gro6en

influss auf die Supraleitung, also auf den verlustfreien Transport von elektrischem Strom#Die 3issenschaftler um Johan ?hang von der idgenssischen Technischen .ochschule

ausanne CP+G und dem Paul-Scherrer-Institut in der Sch2eiz stellen ihre 0ntersuchung inder aktuellen >usgabe des +achHournals ;ature Ph)sics vor# Die >nal)se tr%gt zu einem

besseren *erst%ndnis der .ochtemperatur-Supraleiter bei, deren +unktions2eise auch mehr

als !R Jahre nach ihrer ntdeckung noch in vielen Teilen r%tselhaft ist#

adungsdichte2ellen in der 9ristallstruktur beeinflussen das *erhalten des Supraleiters#

Supraleiter sind $aterialien, die unterhalb einer charakteristischen Temperatur Heden

elektrischen 3iderstand verlieren und Strom dann verlustfrei leiten# Diese Technik ist fr

zahlreiche stromintensive >n2endungen in Industrie und +orschung interessant K so 2ird

beispiels2eise der 2eltgr6te Teilchenbeschleuniger .? bei :enf mit supraleitenden$agnetspulen betrieben#

>llerdings mssen klassische Supraleiter auf 2enige :rad ber dem absoluten ;ullpunkt

Cminus !"(,'R :rad ?elsiusG gekhlt 2erden# Das geht nur mit dem delgas .elium und ist

auf2endig und teuer# Sogenannte .ochtemperatur-Supraleiter, spezielle keramische

*erbindungen, leiten Strom dagegen oft schon oberhalb der Temperatur von flssigem

Stickstoff Cminus '=F :radG verlustfrei# Sie knnen dann mit verflssigter uft gekhlt2erden, 2as erheblich billiger und einfacher ist#

Die ntdeckung der keramischen Supraleiter 2urde '=" mit dem Ph)sik-;obelpreis

ausgezeichnet# 3as Hedoch genau in den $aterialien vor sich geht, ist bis heute nicht
http://www.festo.com/cms/de_corp/13176.htmhttp://www.festo.com/cms/de_corp/13176.htm


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vollst%ndig gekl%rt# Je genauer +orscher diese Stoffe verstehen, desto besser knnen sie

Hedoch deren igenschaften ma6schneidern# $glicher2eise l%sst sich auf diese 3eise einmal

ein supraleitendes $aterial finden, das bereits bei @immertemperatur verlustfrei Strom

transportiert#

$it $essungen an der S)nchrotron-Strahlungs5uelle D1AIS bei DSM konnte die :ruppeum ?hang nun beobachten, 2ie ein keramischer Supraleiter aus der 2eit verbreiteten M


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Direct observation of competition between superconductivity and charge density wave order

in YBa2Cu!"#"$4 Johan ?hang et al#4 ;ature Ph)sics C!&'!, online vorabG4 D1IB

''&(8;P.MS!ERF

http:>>www+des5+de>a-tuelles>``news#viewXid81_langger

Supraleiter als ./hasenbatterie0

@+ 2ezem&er A@1A

%eue &'gicheiten der *ryoeetroni entdect#

Ph)siker der 0niversit%ten Tbingen, Tel >viv und der ?hristian->lbrechts-0niversit%t zu9iel C?>0G haben erstmals eine neue >rt von supraleitenden lementen K die +-Josephson-

9ontakte K theoretisch und e/perimentell nachge2iesen# Supraleitende elektronische

Schaltungen arbeiten mit den +-Josephson-9ontakten praktisch Wvon selbstX und kommen

ohne komplizierte Steuerlogiken aus, erl%utert d2ard :oldobin von der 0niversit%t

Tbingen, leitender 3issenschaftler des :emeinschaftsproHektes# Durch diese verbesserte+unktionalit%t stehen zum kkus, die sich nicht entladen, 2%ren damit mglich#

in Josephson-9ontakt ist ein 5uantenmechanisches


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ent2ickelt# Der 3ert von +C& \+],G kann durch das Design frei ge2%hlt 2erden# Dieser +-

Josephson-9ontakt kann zum instellen einer konstanten Phasenverschiebung z2ischen z2ei

supraleitenden lektroden ver2endet 2erden#

Der +-9ontakt 2irkt als eine rbeiten galten Phasen, die ein Josephson-9ontakt ohne Stromfluss annehmen kann, als nicht

beliebig %nderbar# In einem herkmmlichen Josephson-9ontakt erfolgt die S)nchronisationder lektronenbe2egung n%mlich gleichphasig, das hei6tB ohne Phasenverschiebung#

Die ;anotechnologie zur .erstellung des +-9ontaktes resultiert aus der intensiven

+orschung von ber einem Jahrzehnt und ist derzeit 2elt2eit einzigartig, berichtet $artin

3eides, der die nano-strukturierten Proben herstellte# Das zentrale lement unserer Proben

ist die 9ontrolle der Schichtmorphologie auf atomarer Skala, erl%utert der 3issenschaftle

http:>>www+pro#ph5si-+de>details>news>PQ@G1>Supraleiterals$hasen&atterie+html
http://www.pro-physik.de/details/news/3790631/Supraleiter_als_Phasenbatterie.htmlhttp://www.pro-physik.de/details/news/3790631/Supraleiter_als_Phasenbatterie.htmlhttp://www.pro-physik.de/details/news/3790631/Supraleiter_als_Phasenbatterie.htmlhttp://www.pro-physik.de/details/news/3790631/Supraleiter_als_Phasenbatterie.html

Stoffsamlung Supraleiter

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