Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

RUB-Physiker beweisen Magnetschalter für die Supraleitung

21.12.2005


Ein Schalter für die Supraleitung


Sandwich mit ultradünnen magnetischen Schichten
RUB-Physiker in Physical Review Letters



Ein supraleitendes Material, das wie ein Sandwich von magnetischen Schichten umschlossen ist, lässt sich mit der Magnetorientierung schalten: Die Temperatur, ab der es supraleitend wird, ändert sich mit der Orientierung der beiden Magnetschichten. Diese Tatsache, die schon 1999 von Prof. Dr. Lenar Tagirov am Lehrstuhl für theoretische Festkörperphysik (Prof. Dr. Konstantin B. Efetov) theoretisch vorhergesagt wurde, konnten Physiker der RUB um Prof. Dr. Kurt Westerholt (Lehrstuhl für Experimentalphysik, insbesondere Festkörperphysik, Prof. Dr. Dr. h.c. Hartmut Zabel) mittels detaillierter Experimente erstmals nachweisen. Bei antiparalleler Orientierung der Magnetisierung ist die Sprungtemperatur hoch; sie fällt bei paralleler Orientierung. Ihre Ergebnisse haben die Forscher in der renommierten Zeitschrift "The Physical Review Letters" der American Physical Society veröffentlicht.

Supraleitung und Magnetismus

Supraleitende Materialien verlieren unterhalb einer bestimmten Temperatur sprunghaft ihren elektrischen Widerstand und heben magnetische Felder auf. Die Temperatur, ab der dieser Effekt eintritt, wird Sprungtemperatur genannt. Supraleitung und Magnetismus sind gegensätzliche Eigenschaften von Metallen: Entweder zeigen sie supraleitende oder magnetische Eigenschaften, keinesfalls aber beide gleichzeitig. Mit modernen Aufdampfverfahren kann man allerdings beide Metallarten in direkten Kontakt bringen und so zum Beispiel eine Sandwich-Struktur aus Ferromagnet-Supraleiter-Ferromagnet herstellen, die etwa für den Quantencomputer wichtig sein kann. Die beiden Schichten befinden sich dann in Konkurrenz: Die magnetische Schicht versucht die Supraleitung zu unterdrücken. Ist die magnetische Schicht mehr als einen Nanometer dick, "gewinnt" sie. Bei einer magnetischen Schichtdicke von weniger als einem Nanometer wird die Supraleitung noch nicht vollständig unterdrückt. "Aber die Sprungtemperatur hängt von der Orientierung der Magnetisierung ab", erklärt Prof. Westerholt: "Sind beide Schichten gleichgerichtet, d.h. in beiden Schichten zeigen Nord- und Südpol in die gleiche Richtung, dann ist die Sprungtemperatur kleiner als bei antiparalleler Stellung, d.h. wenn Nord- und Südpol in den beiden Schichten entgegen gesetzt ausgerichtet sind."

Neuer supraleitender Schalter

Theoretische Vorhersagen besagten also, dass wenn es gelänge, von der parallelen zur antiparallelen Orientierung der Magnetisierung umzuschalten, die Sprungtemperatur des Supraleiters empfindlich darauf reagieren müsste. Diesen Effekt konnten die Forscher jetzt erstmals mit einer supraleitenden Vanadiumschicht zwischen zwei atomaren Eisenschichten experimentell überprüfen: Die Sprungtemperatur veränderte sich beim Umschalten der magnetischen Orientierung um acht Prozent. "Das ist zwar noch klein für technische Anwendungen, aber durch weitere Optimierung der Schichtdicken, der Grenzflächen zwischen Supraleiter und Ferromagnet und der Wahl der Materialen ist eine Steigerung des Effekts in Zukunft zu erwarten", meint Prof. Westerholt.

Theorie und Kollaboration

Der Einfluss von Ferromagneten auf die Supraleitung wird am Lehrstuhl für Experimentalphysik seit vielen Jahren untersucht. Dazu dienen hoch präzise Herstellungsmethoden der Schichtsysteme auf der Nanoskala. Aus der Kollaboration mit dem RAS Physico-Technical Institut in Kazan (Russland) ist die Idee entwachsen, supraleitende Schalter zu bauen. Prof. Tagirov von der Kazan State University hat dafür die theoretischen Grundlagen gelegt. "Die Realisierung ist äußerst aufwendig", beschreibt Prof. Zabel. "Die besondere Herausforderung liegt in der Herstellung von Grenzflächen zwischen Supraleitern und Ferromagneten, die auf eine atomare Monolage präzise ist." Diese Herausforderung wurde schließlich zusammen mit einer Forschergruppe in Uppsala (Schweden) unter der Leitung von Prof. B. Hjövarsson gemeistert. Die Arbeit wurde durch den Sonderforschungsbereich 491 "Magnetische Heteroschichten: Struktur und elektronischer Transport" der Deutschen Forschungsgemeinschaft gefördert.

Titelaufnahme

K. Westerholt, D. Sprungmann, H. Zabel, R. Brucas and B. Hjörvarsson, D. A. Tikhonov, I. A. Garifullin, PHYSICAL REVIEW LETTERS 95 (2005) 097003, http://link.aps.org/abstract/PRL/v95/e097003

Weitere Informationen

Prof. Dr. Kurt Westerholt, Institut für Experimentalphysik der Ruhr-Universität Bochum, 44780 Bochum, NB 4/168, Tel. 0234/32-23621 bzw. -23649, E-Mail: kurt.westerholt@rub.de bzw. hartmut.zabel@rub.de

Dr. Josef König | idw
Weitere Informationen:
http://link.aps.org/abstract/PRL/v95/e097003
http://www.ep4.rub.de

Weitere Berichte zu: Sprungtemperatur Supraleitung

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Physiker gelingt erstmalig Vorstoß in höhere Dimensionen
19.02.2019 | Universität Rostock

nachricht Neue Himmelskarte veröffentlicht
19.02.2019 | Universität Bielefeld

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: Materialdesign in 3D: vom Molekül bis zur Makrostruktur

Mit additiven Verfahren wie dem 3D-Druck lässt sich nahezu jede beliebige Struktur umsetzen – sogar im Nanobereich. Diese können, je nach verwendeter „Tinte“, die unterschiedlichsten Funktionen erfüllen: von hybriden optischen Chips bis zu Biogerüsten für Zellgewebe. Im gemeinsamen Exzellenzcluster „3D Matter Made to Order” wollen Forscherinnen und Forscher des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) und der Universität Heidelberg die dreidimensionale additive Fertigung auf die nächste Stufe heben: Ziel ist die Entwicklung neuer Technologien, die einen flexiblen, digitalen Druck ermöglichen, der mit Tischgeräten Strukturen von der molekularen bis zur makroskopischen Ebene umsetzen kann.

„Der 3D-Druck bietet gerade im Mikro- und Nanobereich enorme Möglichkeiten. Die Herausforderungen, um diese zu erschließen, sind jedoch ebenso gewaltig“, sagt...

Im Focus: Diamanten, die besten Freunde der Quantenwissenschaft - Quantenzustand in Diamanten gemessen

Mithilfe von Kunstdiamanten gelang einem internationalen Forscherteam ein weiterer wichtiger Schritt in Richtung Hightech-Anwendung von Quantentechnologie: Erstmals konnten die Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen den Quantenzustand eines einzelnen Qubits in Diamanten elektrisch zu messen. Ein Qubit gilt als die Grundeinheit der Quanteninformation. Die Ergebnisse der Studie, die von der Universität Ulm koordiniert wurde, erschienen jüngst in der renommierten Fachzeitschrift Science.

Die Quantentechnologie gilt als die Technologie der Zukunft. Die wesentlichen Bausteine für Quantengeräte sind Qubits, die viel mehr Informationen verarbeiten...

Im Focus: Wasser ist homogener als gedacht

Um die bekannten Anomalien in Wasser zu erklären, gehen manche Forscher davon aus, dass Wasser auch bei Umgebungsbedingungen aus einer Mischung von zwei Phasen besteht. Neue röntgenspektroskopische Analysen an BESSY II, der ESRF und der Swiss Light Source zeigen jedoch, dass dies nicht der Fall ist. Bei Raumtemperatur und normalem Druck bilden die Wassermoleküle ein fluktuierendes Netz mit durchschnittlich je 1,74 ± 2.1% Donator- und Akzeptor-Wasserstoffbrückenbindungen pro Molekül, die eine tetrahedrische Koordination zwischen nächsten Nachbarn ermöglichen.

Wasser ist das „Element“ des Lebens, die meisten biologischen Prozesse sind auf Wasser angewiesen. Dennoch gibt Wasser noch immer Rätsel auf. So dehnt es sich...

Im Focus: Licht von der Rolle – hybride OLED ermöglicht innovative funktionale Lichtoberflächen

Bislang wurden OLEDS ausschließlich als neue Beleuchtungstechnologie für den Einsatz in Leuchten und Lampen verwendet. Dabei bietet die organische Technologie viel mehr: Als Lichtoberfläche, die sich mit den unterschiedlichsten Materialien kombinieren lässt, kann sie Funktionalität und Design unzähliger Produkte verändern und revolutionieren. Beispielhaft für die vielen Anwendungsmöglichkeiten präsentiert das Fraunhofer FEP gemeinsam mit der EMDE development of light GmbH im Rahmen des EU-Projektes PI-SCALE auf der Münchner LOPEC (19. bis 21. März 2019), erstmals in Textildesign integrierte hybride OLEDs.

Als Anbieter von Forschungs- und Entwicklungsdienstleistungen auf dem Gebiet der organischen Elektronik setzt sich das Fraunhofer FEP schon lange mit der...

Im Focus: Light from a roll – hybrid OLED creates innovative and functional luminous surfaces

Up to now, OLEDs have been used exclusively as a novel lighting technology for use in luminaires and lamps. However, flexible organic technology can offer much more: as an active lighting surface, it can be combined with a wide variety of materials, not just to modify but to revolutionize the functionality and design of countless existing products. To exemplify this, the Fraunhofer FEP together with the company EMDE development of light GmbH will be presenting hybrid flexible OLEDs integrated into textile designs within the EU-funded project PI-SCALE for the first time at LOPEC (March 19-21, 2019 in Munich, Germany) as examples of some of the many possible applications.

The Fraunhofer FEP, a provider of research and development services in the field of organic electronics, has long been involved in the development of...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Unendliche Weiten: Geophysiker nehmen den Weltraum ins Visier

21.02.2019 | Veranstaltungen

Tagung rund um zuverlässige Verbindungen

20.02.2019 | Veranstaltungen

LastMileLogistics Conference in Frankfurt befasst sich mit Lieferkonzepten für Ballungsräume

19.02.2019 | Veranstaltungen

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

Materialdesign in 3D: vom Molekül bis zur Makrostruktur

21.02.2019 | Verfahrenstechnologie

Neue Mechanismen der Regulation von Nervenstammzellen

21.02.2019 | Biowissenschaften Chemie

Fledermäusen auf der Spur: Miniatur-Sensoren entschlüsseln Mutter-Kind-Beziehung

21.02.2019 | Biowissenschaften Chemie

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