Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Ein Grenzflächensupraleiter, der sich wie ein Hochtemperatursupraleiter verhält

07.10.2013
Augsburger Physiker berichten in "Nature" über überraschende Beobachtungen an einer nur bei tiefsten Temperaturen supra-leitfähigen Grenzschicht, die zur Schließung von Lücken im Verständnis der Hochtemperatursupraleitung verhelfen könnten.

Bei der Untersuchung einer elektrisch leitfähigen und bei tiefsten Temperaturen sogar supraleitfähigen Grenzschicht, die sich zwischen zwei elektrisch isolierenden Oxiden bildet, haben Physiker des Zentrums für Elektronische Korrelationen und Magnetismus (EKM) der Universität Augsburg und des MPI für Festkörperforschung Stuttgart zusammen mit Kollegen der Cornell University, der Stanford University und des Paul Scherrer Instituts (Villingen/Schweiz) herausgefunden, dass die Supraleitung dieser Schicht vom Verhalten konventioneller Supraleiter entscheidend abweicht, um zugleich dem Verhalten von Hochtemperatursupraleitern zu ähneln.


Das Foto (a) zeigt in der Draufsicht das für die Messungen verwendete Bauelement: eine nur wenige Nanometer hohe verdrahtete Struktur mit ca. 0,6 mm Durchmesser und haardünnen Golddrähten. - Im schematischen Querschnitt dieser Struktur (b) ist der untersuchte Grenzflächensupraleiter "2-Dimensional Electron Liquid" (2DEL) als gelbe Linie zwischen den Oxiden Lanthanaluminat (LaAlO3, hier LAO) und Strontiumtitanat (SrTiO3, hier STO) markiert. -Der mit Raster-Transmissions-Elektronen-Mikroskopie in atomarer Auflösung aufgenommene tatsächliche Probenquerschnitt (c) zeigt unter den Goldatomen (gelb) zunächst in hellerem Blau die Lanthan-Atome des LaAlO3 und darunter (in dunklerem Blau) die Strontium-Atome des SrTiO3. Das "2DEL"-Elektronensystem befindet sich zwischen den beiden blauen Schichten auf der SrTiO3-Seite.

Wie das renommierte Wissenschaftsjournal Nature jetzt im Vorgriff auf seine kommende Print-Ausgabe online berichtet, könnten diese Erkenntnisse dazu beitragen, Lücken im bisherigen Verständnis der Hochtemperatursupraleitung zu schließen.

Die elektrische Leitfähigkeit in Metallen wird durch einzelne Elektronen getragen. Wenn diese gegeneinander stoßen, führt ihre Reibung, die dem elektrischen Widerstand entspricht, dazu, dass ein stromdurchflossener Draht sich erwärmt. Dieser Energieverlust stellt ein enormes Problem beim Stromtransport dar. Die Versorgung entfernter Netze mit Strom aus Offshore-Windparks ist ein aktuelles Beispiel hierfür.

Vor gut hundert Jahren hat man entdeckt, dass in vielen Metallen bei sehr tiefen Temperaturen von -250°C bis -273°C die den Widerstand bzw. Energieverlust verursachende Reibung vollständig verschwindet, sie werden „supraleitend“. Grund hierfür ist der Umstand, dass die Elektronen sich unterhalb einer materialspezifischen Sprungtemperatur nicht mehr einzeln, sondern kohärent als Kollektiv bewegen. Dieses kollektive Verhalten lässt sich messtechnisch auch in der Energieverteilung der Elektronen nachweisen. Die kohärenten Elektronen hinterlassen in dieser Verteilung eine charakteristische Lücke.

Oberhalb der Sprungtemperatur

Solch eine Energielücke haben die Augsburger Physiker und ihre Kollegen mittels Tunnelspektroskopie und eines eigens entwickelten Bauelements (siehe Abbildungen) nun an einer Oxid-Grenzfläche zwischen Strontiumtitanat und Lanthanaluminat nachgewiesen. Überraschend dabei war, dass diese Energielücke - im Widerspruch zur gängigen Theorie der Supraleitung - nicht nur unterhalb, sondern auch noch einige zehntel Grad über der Sprungtemperatur von 0,2 Kelvin (-272,9°C) messbar war.

Eigenartiges Verhalten der Energielücke

Ein ganz ähnliches Verhalten kennt man jedoch von den sogenannten Hochtemperatursupraleitern, 
deren 
Sprungtemperaturen von bis zu 
‐140° C man bereits mit flüssigem Stickstoff erreichen kann. Hochtemperatursupraleiter wurden vor gut 25 Jahren entdeckt, sie werden seither intensiv erforscht und finden auch schon zahlreiche technische Anwendungen. Wissenschaftlich sind sie allerdings noch immer nicht vollständig verstanden. Vor allem das eigenartige Verhalten der Energielücke, das sogenannte „Pseudogap“, gibt nach wie vor Rätsel auf.

In Richtung Zimmertemperatur ...

"Dass wir dieses eigenartige Verhalten von Hochtemperatursupraleitern nun auch in einem völlig anderen System entdecken konnten", meint Dr. Christoph Richter vom Augsburger EKM, "kann u. U. entscheidend dazu beitragen, die Lücken im Verständnis der Hochtemperatursupraleitung zu schließen und die zugrundeliegende Physik zu verstehen, um darauf aufbauend neue, bessere Materialien entwickeln zu können. Trotz seiner vergleichsweise winzigen Sprungtemperatur könnte der von uns untersuchte ungewöhnliche Grenzflächensupraleiter also dazu beitragen, die Sprungtemperatur zukünftiger Materialien weiter in Richtung Zimmertemperatur zu treiben."

Die Forschungsarbeiten wurden im Rahmen des Transregio TRR 80 finanziell von der DFG gefördert.

Originalbeitrag:

C. Richter, H. Boschker, W. Dietsche, E. Fillis-Tsirakis, R. Jany, F. Loder, L. F. Kourkoutis, D. A. Muller, J. R. Kirtley, C. W. Schneider, J. Mannhart: Interface superconductor with gap behaviour like a high-temperature superconductor, http://www.nature.com/nature/journal/vaop/ncurrent/full/nature12494.html

Ansprechpartner:

Dr. Christoph Richter
Lehrstuhl für Experimentalphysik VI/EKM
Institut für Physik
Universität Augsburg
86135 Augsburg
Telefon +49(0)821-598-3667
christoph.richter@physik.uni-augsburg.de

Klaus P. Prem | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-augsburg.de
http://www.nature.com/nature/journal/vaop/ncurrent/full/nature12494.html

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Bilder magnetischer Strukturen auf der Nano-Skala
20.04.2018 | Georg-August-Universität Göttingen

nachricht Licht macht Ionen Beine
20.04.2018 | Max-Planck-Institut für Festkörperforschung, Stuttgart

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Software mit Grips

Ein computergestütztes Netzwerk zeigt, wie die Ionenkanäle in der Membran von Nervenzellen so verschiedenartige Fähigkeiten wie Kurzzeitgedächtnis und Hirnwellen steuern können

Nervenzellen, die auch dann aktiv sind, wenn der auslösende Reiz verstummt ist, sind die Grundlage für ein Kurzzeitgedächtnis. Durch rhythmisch aktive...

Im Focus: Der komplette Zellatlas und Stammbaum eines unsterblichen Plattwurms

Von einer einzigen Stammzelle zur Vielzahl hochdifferenzierter Körperzellen: Den vollständigen Stammbaum eines ausgewachsenen Organismus haben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus Berlin und München in „Science“ publiziert. Entscheidend war der kombinierte Einsatz von RNA- und computerbasierten Technologien.

Wie werden aus einheitlichen Stammzellen komplexe Körperzellen mit sehr unterschiedlichen Funktionen? Die Differenzierung von Stammzellen in verschiedenste...

Im Focus: Spider silk key to new bone-fixing composite

University of Connecticut researchers have created a biodegradable composite made of silk fibers that can be used to repair broken load-bearing bones without the complications sometimes presented by other materials.

Repairing major load-bearing bones such as those in the leg can be a long and uncomfortable process.

Im Focus: Verbesserte Stabilität von Kunststoff-Leuchtdioden

Polymer-Leuchtdioden (PLEDs) sind attraktiv für den Einsatz in großflächigen Displays und Lichtpanelen, aber ihre begrenzte Stabilität verhindert die Kommerzialisierung. Wissenschaftler aus dem Max-Planck-Institut für Polymerforschung (MPIP) in Mainz haben jetzt die Ursachen der Instabilität aufgedeckt.

Bildschirme und Smartphones, die gerollt und hochgeklappt werden können, sind Anwendungen, die in Zukunft durch die Entwicklung von polymerbasierten...

Im Focus: Writing and deleting magnets with lasers

Study published in the journal ACS Applied Materials & Interfaces is the outcome of an international effort that included teams from Dresden and Berlin in Germany, and the US.

Scientists at the Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) together with colleagues from the Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) and the University of Virginia...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Internationale Konferenz zur Digitalisierung

19.04.2018 | Veranstaltungen

124. Internistenkongress in Mannheim: Internisten rücken Altersmedizin in den Fokus

19.04.2018 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - Juni 2018

17.04.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Grösster Elektrolaster der Welt nimmt Arbeit auf

20.04.2018 | Interdisziplinäre Forschung

Bilder magnetischer Strukturen auf der Nano-Skala

20.04.2018 | Physik Astronomie

Kieler Forschende entschlüsseln neuen Baustein in der Entwicklung des globalen Klimas

20.04.2018 | Geowissenschaften

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics