Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Supraleitung stabilisiert in Dünnschichtkeramik

21.06.2016

Physiker haben an BESSY II des Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) einen Weg gefunden, um die Supraleitung zu beeinflussen. Sie haben ein Materialsystem aus dünnen ferromagnetischen und supraleitenden Schichten untersucht. An den Grenzflächen bildeten sich Ladungsdichtewellen aus, die erstaunlich weit in die supraleitende Schicht hineinreichen. Der supraleitende Effekt konnte dadurch stabilisiert werden. Die Ergebnisse sind nun in Nature Materials publiziert.

Hochtemperatursupraleiter sind seit gut 30 Jahren bekannt: es sind besondere Metalloxid-Verbindungen, die Strom ohne Energieverlust leiten können. Anders als konventionelle Supraleiter müssen sie dafür nicht bis nahe an den absoluten Temperatur-Nullpunkt gekühlt werden. Vielmehr schaffen sie dies bei vergleichsweise hohen Temperaturen.


Mit Hilfe der EELS-Elektronenspektroskopie lassen sich im Rasterelektronenmikroskop die Positionen der einzelnen Atome in der Heterostruktur kartieren: Die supraleitenden YBaCuO-Regionen sind an Yttrium (Blau) und Kupfer (pink) erkennbar, während in der ferromagnetischen Schicht Mangan (grün) und Lanthan (rot) eingebaut ist. Bild: MPI Stuttgart.

Ein typischer Hochtemperatursupraleiter ist Yttrium-Barium-Kupferoxid (YBaCuO) mit einer Sprungtemperatur von 92 Kelvin (minus 181 Grad Celsius). Das Kühlen mit flüssigem Stickstoff reicht aus, um diese Temperatur zu unterschreiten. Ein Team um Prof. Bernhard Keimer vom MPI für Festkörperphysik in Stuttgart und Dr. Eugen Weschke vom HZB haben nun in einem System aus dünnen YBaCuO- sowie ferromagnetischen Schichten entdeckt, wie sich Valenzelektronen verschieben lassen.

Kleinste kollektive Verschiebungen der Ladungen beobachtet

Mit resonanter Röntgenstreuung haben sie an BESSY II die Grenzflächen zwischen den ferromagnetischen und supraleitenden Schichten untersucht, wobei die ferromagnetischen Schichten 10 Nanometer dick waren; die YBaCuO-Schichten waren bis zu 50 Nanometer dick.

Alex Frano konnte dabei in seiner Doktorarbeit nachweisen, dass sich in den Kupferatomen der YBaCuO-Dünnschicht die Valenzelektronen kollektiv verschieben. Dies führt dazu, dass sich so genannte Ladungsdichtewellen in der YBaCuO-Schicht bilden, wobei diese nicht nur in unmittelbarer Nähe der Grenzflächen auftreten, sondern sich über die gesamte Dicke der Schicht bilden. „Das ist erstaunlich, weil frühere Untersuchungen gezeigt hatten, dass Supraleitung die Ausbildung von Ladungsdichtewellen unterdrückt“, sagt Frano.

Koexistenz von Supraleitung und Ladungsdichtewelle

„Indem wir die Grenzflächen in die Heterostrukturen gebracht haben, ist es gelungen die Ladungsdichtewellen in Gegenwart der Supraleitung zu stabilisieren“, erläutert Eugen Weschke. Die YBaCuO-Schichten bleiben supraleitend, obwohl sich gleichzeitig die Ladungsdichten periodisch ändern. „Wie genau diese Koexistenz auf mikroskopischer Skala aussieht, ist eine spannende Frage, die mit weiteren Experimenten untersucht werden muss“, so der HZB-Forscher. Besonders interessant wäre es herauszufinden, ob man über diesen Mechanismus und durch weiteres geschicktes Design der Grenzflächen den supraleitenden Zustand gezielt kontrollieren kann.

Original-Publikation:

Long-range charge-density-wave proximity effect at cuprate/manganate interfaces, A. Frano, S. Blanco-Canosa, E. Schierle, Y. Lu, M. Wu, M. Bluschke, M. Minola, G. Christiani, H. U. Habermeier, G. Logvenov, Y. Wang, P. A. van Aken, E. Benckiser, E. Weschke, M. Le Tacon & B. Keimer, Nature Materials (2016) doi: 10.1038/nmat4682

Bildunterschrift:
Mit Hilfe der EELS-Elektronenspektroskopie lassen sich im Rasterelektronenmikroskop die Positionen der einzelnen Atome in der Heterostruktur kartieren: Die supraleitenden YBaCuO-Regionen sind an Yttrium (Blau) und Kupfer (pink) erkennbar, während in der ferromagnetischen Schicht Mangan (grün) und Lanthan (rot) eingebaut ist. Bild: MPI Stuttgart.

Zur Publikation:

Long-range charge-density-wave proximity effect at cuprate/manganate interfaces, A. Frano, S. Blanco-Canosa, E. Schierle, Y. Lu, M. Wu, M. Bluschke, M. Minola, G. Christiani, H. U. Habermeier, G. Logvenov, Y. Wang, P. A. van Aken, E. Benckiser, E. Weschke, M. Le Tacon & B. Keimer, Nature Materials (2016) doi: 10.1038/nmat4682

Kontakt:

Dr. Eugen Weschke
E-Mail: eugen.weschke@helmholtz-berlin.de

Presse
Dr. Antonia Rötger
E-Mail: antonia.roetger@helmholtz-berlin.de

Weitere Informationen:

http://www.helmholtz-berlin.de/pubbin/news_seite?nid=14467&sprache=de&ty...
http://www.nature.com/nmat/journal/vaop/ncurrent/full/nmat4682.html

Dr. Ina Helms | Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Eine Nano-Uhr mit präzisen Zeigern
21.11.2017 | Universität Wien

nachricht ESO-Beobachtungen zeigen, dass der erste interstellare Asteroid mit nichts vergleichbar ist, was wir bisher kennen
21.11.2017 | ESO Science Outreach Network - Haus der Astronomie

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: Kleine Strukturen – große Wirkung

Innovative Schutzschicht für geringen Verbrauch künftiger Rolls-Royce Flugtriebwerke entwickelt

Gemeinsam mit Rolls-Royce Deutschland hat das Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS im Rahmen von zwei Vorhaben aus dem...

Im Focus: Nanoparticles help with malaria diagnosis – new rapid test in development

The WHO reports an estimated 429,000 malaria deaths each year. The disease mostly affects tropical and subtropical regions and in particular the African continent. The Fraunhofer Institute for Silicate Research ISC teamed up with the Fraunhofer Institute for Molecular Biology and Applied Ecology IME and the Institute of Tropical Medicine at the University of Tübingen for a new test method to detect malaria parasites in blood. The idea of the research project “NanoFRET” is to develop a highly sensitive and reliable rapid diagnostic test so that patient treatment can begin as early as possible.

Malaria is caused by parasites transmitted by mosquito bite. The most dangerous form of malaria is malaria tropica. Left untreated, it is fatal in most cases....

Im Focus: Transparente Beschichtung für Alltagsanwendungen

Sport- und Outdoorbekleidung, die Wasser und Schmutz abweist, oder Windschutzscheiben, an denen kein Wasser kondensiert – viele alltägliche Produkte können von stark wasserabweisenden Beschichtungen profitieren. Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) haben Forscher um Dr. Bastian E. Rapp einen Werkstoff für solche Beschichtungen entwickelt, der sowohl transparent als auch abriebfest ist: „Fluoropor“, einen fluorierten Polymerschaum mit durchgehender Nano-/Mikrostruktur. Sie stellen ihn in Nature Scientific Reports vor. (DOI: 10.1038/s41598-017-15287-8)

In der Natur ist das Phänomen vor allem bei Lotuspflanzen bekannt: Wassertropfen perlen von der Blattoberfläche einfach ab. Diesen Lotuseffekt ahmen...

Im Focus: Ultrakalte chemische Prozesse: Physikern gelingt beispiellose Vermessung auf Quantenniveau

Wissenschaftler um den Ulmer Physikprofessor Johannes Hecker Denschlag haben chemische Prozesse mit einer beispiellosen Auflösung auf Quantenniveau vermessen. Bei ihrer wissenschaftlichen Arbeit kombinierten die Forscher Theorie und Experiment und können so erstmals die Produktzustandsverteilung über alle Quantenzustände hinweg - unmittelbar nach der Molekülbildung - nachvollziehen. Die Forscher haben ihre Erkenntnisse in der renommierten Fachzeitschrift "Science" publiziert. Durch die Ergebnisse wird ein tieferes Verständnis zunehmend komplexer chemischer Reaktionen möglich, das zukünftig genutzt werden kann, um Reaktionsprozesse auf Quantenniveau zu steuern.

Einer deutsch-amerikanischen Forschergruppe ist es gelungen, chemische Prozesse mit einer nie dagewesenen Auflösung auf Quantenniveau zu vermessen. Dadurch...

Im Focus: Leoniden 2017: Sternschnuppen im Anflug?

Gemeinsame Pressemitteilung der Vereinigung der Sternfreunde und des Hauses der Astronomie in Heidelberg

Die Sternschnuppen der Leoniden sind in diesem Jahr gut zu beobachten, da kein Mondlicht stört. Experten sagen für die Nächte vom 16. auf den 17. und vom 17....

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Tagung widmet sich dem Thema Autonomes Fahren

21.11.2017 | Veranstaltungen

Neues Elektro-Forschungsfahrzeug am Institut für Mikroelektronische Systeme

21.11.2017 | Veranstaltungen

Raumfahrtkolloquium: Technologien für die Raumfahrt von morgen

21.11.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Wasserkühlung für die Erdkruste - Meerwasser dringt deutlich tiefer ein

21.11.2017 | Geowissenschaften

Eine Nano-Uhr mit präzisen Zeigern

21.11.2017 | Physik Astronomie

Zentraler Schalter

21.11.2017 | Biowissenschaften Chemie