Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Mit Triplett-Paaren zur Supraleitung

02.09.2015

Physiker unter Konstanzer Beteiligung weisen die Existenz sogenannter Triplett-Paare nach

Einem internationalen Wissenschaftsteam unter Konstanzer Beteiligung gelang ein Forschungserfolg im Bereich der Supraleitung. Die Physikerinnen und Physiker konnten die Existenz von sogenannten Triplett-Paaren nachweisen und im selben Zuge bestätigen, dass sich spinpolarisierte Ströme – das heißt Ströme mit vorgegebener Elektronenspin-Richtung – durch Supraleiter verlustfrei transportieren lassen.

Die Forschungsergebnisse, die in der aktuellen Ausgabe des renommierten Wissenschaftsjournals Nature Communications veröffentlicht wurden, sind von grundlegender Bedeutung für das Verständnis von Nano-Bauelementen mit Supraleitern und könnten eine wichtige Grundlage für eine künftige Informationsspeicherung und -übertragung ohne Energieverlust bilden.

In der aktuellen Halbleitertechnologie vollzieht sich der Informationstransport durch elektrische Signale, zu deren Erzeugung und Verarbeitung Energie aufgebracht werden muss, die als Wärme wieder abgegeben wird. Dies führt zum Aufheizen der Bauelemente und macht komplexe Kühlungssysteme notwendig.

Weltweit wird deshalb daran geforscht, das Funktionsprinzip radikal zu ändern, indem die Informationsübertragung nicht mehr durch einen Fluss von elektrischer Ladung, sondern durch die Weitergabe magnetischer Ordnung geschieht. Aussichtsreich ist hierfür eine Kombination aus supraleitenden Elementen und magnetischen Phänomenen.

Beide Phänomene, Supraleitung und Magnetismus, sind weit verbreitet, schließen sich aber normalerweise gegenseitig aus. Das liegt daran, dass einzelne Elektronen – resultierend aus ihrem sogenannten Spin – ein magnetisches Moment besitzen, sich also wie winzige Stabmagnete verhalten. Suprastrom wird normalerweise von sogenannten Singulett-Elektronenpaaren getragen, deren Spins jeweils entgegengesetzt gerichtet sind, so dass sie von außen als spinlos, also unmagnetisch erscheinen.

Eine große Resonanz erhielten vor einigen Jahren die Vorhersage und wenig später die Beobachtung, dass Supraströme sich über große Distanzen durch bestimmte Ferromagneten schicken lassen. Physiker vermuteten, dass die spinlosen Singulett-Paare am Übergang vom Supraleiter in den Ferromagneten in spinparallele – somit gleich ausgerichtete – Triplett-Paare umgewandelt werden, die durch den Ferromagneten widerstandsfrei fließen können.

Physikerinnen und Physiker der Universitäten Konstanz, Cambridge (Großbritannien) und Trondheim (Norwegen) konnten nun erstmalig den Nachweis dafür erbringen und damit die Voraussetzung für die Entwicklung von Anwendungen in der supraleitenden Spinelektronik schaffen. Der Nachweis erfolgte durch die Verwendung eines magnetischen Metalls, dessen Spinanordnung durch Anlegen eines Magnetfeldes reversibel von einer Spirale in eine parallele Anordnung umgewandelt werden kann.

Die beiden Doktoranden Simon Diesch aus der Gruppe von Prof. Dr. Elke Scheer (Konstanz) und Angelo di Bernardo aus der Gruppe von Prof. Jason Robinson (Cambridge) beobachteten, dass die durch Rastertunnelspektroskopie gemessene Energieverteilung der Elektronen den Berechnungen der theoretischen Physiker um Prof. Jacob Linder (Trondheim) für Triplett-Paare entspricht. Nur dann, wenn die Anordnung als Spinspirale vorliegt, tritt eine Anomalie der Energieverteilung bei sehr kleinen Spannungen auf. Die Signatur verschwindet, wenn die parallele Anordnung erreicht wird, und taucht wieder auf, sobald die Spinspirale erneut eingestellt wird.

„Damit ist gezeigt, dass Triplett-Paare tatsächlich existieren, was von grundlegender Bedeutung für das Verständnis von nanoskaligen Bauelementen mit Supraleitern ist“, erläutert Elke Scheer und führt weiter aus: „Ebenso folgt, dass sich spinpolarisierte Ströme durch Supraleiter verlustfrei transportieren lassen und Supraleiter somit als Spinquellen oder -senken für spinelektronische Anwendungen dienen können.“

Originalveröffentlichung:
E. Scheer et al.: Signature of Magnetic-Dependent Gapless Odd frequency States at Superconductor/Ferromagnet Interfaces. In: Nature Communications, 2. September 2015
DOI: 10.1038/NCOMMS9053

Kontakt:
Universität Konstanz
Kommunikation und Marketing
Telefon: 07531 88-3603
E-Mail: kum@uni-konstanz.de

Prof. Dr. Elke Scheer
Universität Konstanz
Fachbereich Physik
Universitätsstraße 10
78464 Konstanz
Telefon: 07531 88-4712
E-Mail: Elke.Scheer@uni-konstanz.de

Julia Wandt | idw - Informationsdienst Wissenschaft
Weitere Informationen:
http://www.uni-konstanz.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht NASA-Mission ermöglicht genaue Messungen von Neutronensternen - Kernphysik-Team der TU Darmstadt beteiligt
13.12.2019 | Technische Universität Darmstadt

nachricht Hochgeladenes Ion bahnt den Weg zu neuer Physik
11.12.2019 | Max-Planck-Institut für Kernphysik

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: Virenvermehrung in 3D

Vaccinia-Viren dienen als Impfstoff gegen menschliche Pockenerkrankungen und als Basis neuer Krebstherapien. Zwei Studien liefern jetzt faszinierende Einblicke in deren ungewöhnliche Vermehrungsstrategie auf atomarer Ebene.

Damit Viren sich vermehren können, benötigen sie in der Regel die Unterstützung der von ihnen befallenen Zellen. Nur in deren Zellkern finden sie die...

Im Focus: Virus multiplication in 3D

Vaccinia viruses serve as a vaccine against human smallpox and as the basis of new cancer therapies. Two studies now provide fascinating insights into their unusual propagation strategy at the atomic level.

For viruses to multiply, they usually need the support of the cells they infect. In many cases, only in their host’s nucleus can they find the machines,...

Im Focus: Cheers! Maxwell's electromagnetism extended to smaller scales

More than one hundred and fifty years have passed since the publication of James Clerk Maxwell's "A Dynamical Theory of the Electromagnetic Field" (1865). What would our lives be without this publication?

It is difficult to imagine, as this treatise revolutionized our fundamental understanding of electric fields, magnetic fields, and light. The twenty original...

Im Focus: Hochgeladenes Ion bahnt den Weg zu neuer Physik

In einer experimentell-theoretischen Gemeinschaftsarbeit hat am Heidelberger MPI für Kernphysik ein internationales Physiker-Team erstmals eine Orbitalkreuzung im hochgeladenen Ion Pr9+ nachgewiesen. Mittels einer Elektronenstrahl-Ionenfalle haben sie optische Spektren aufgenommen und anhand von Atomstrukturrechnungen analysiert. Ein hierfür erwarteter Übergang von nHz-Breite wurde identifiziert und seine Energie mit hoher Präzision bestimmt. Die Theorie sagt für diese „Uhrenlinie“ eine sehr große Empfindlichkeit auf neue Physik und zugleich eine extrem geringe Anfälligkeit gegenüber externen Störungen voraus, was sie zu einem einzigartigen Kandidaten zukünftiger Präzisionsstudien macht.

Laserspektroskopie neutraler Atome und einfach geladener Ionen hat während der vergangenen Jahrzehnte Dank einer Serie technologischer Fortschritte eine...

Im Focus: Highly charged ion paves the way towards new physics

In a joint experimental and theoretical work performed at the Heidelberg Max Planck Institute for Nuclear Physics, an international team of physicists detected for the first time an orbital crossing in the highly charged ion Pr⁹⁺. Optical spectra were recorded employing an electron beam ion trap and analysed with the aid of atomic structure calculations. A proposed nHz-wide transition has been identified and its energy was determined with high precision. Theory predicts a very high sensitivity to new physics and extremely low susceptibility to external perturbations for this “clock line” making it a unique candidate for proposed precision studies.

Laser spectroscopy of neutral atoms and singly charged ions has reached astonishing precision by merit of a chain of technological advances during the past...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Analyse internationaler Finanzmärkte

10.12.2019 | Veranstaltungen

QURATOR 2020 – weltweit erste Konferenz für Kuratierungstechnologien

04.12.2019 | Veranstaltungen

Die Zukunft der Arbeit

03.12.2019 | Veranstaltungen

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

Fraunhofer IPT und Ericsson starten mit 5G-Industry Campus Europe größtes industrielles 5G-Forschungsnetz Europas

13.12.2019 | Informationstechnologie

Virenvermehrung in 3D

13.12.2019 | Biowissenschaften Chemie

Dem Feind auf der Spur: Neuer Algorithmus erkennt sogar kleinste Krebsmetastasen im ganzen Mauskörper

13.12.2019 | Biowissenschaften Chemie

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