Forschungsergebnisse

Neue wissenschaftliche Erkenntnisse legen nahe, dass fluktuierende magnetische Streifen in Hochtemperatur-Superleitern die Ursache für deren ungewöhnlich geformtes magnetische Anregungsspektrum sind.

Wissenschaftler der Universität Oxford und des Institut Laue-Langevin haben mit Neutronen den „magnetischen Klebstoff“ untersucht, von dem vermutet wird, dass er Supraleitfähigkeit bei hohen Temperaturen erzeugt. Als Ursache für das ungewöhnliche Anregungsspektrum in Form einer Sanduhr haben sie Streifen magnetischer Momente ausgemacht. Die im Wissenschaftsmagazin „Nature“ berichteten Erkenntnisse helfen bei der Suche nach einem Modell für Hochtemperatur-Supraleitfähigkeit.

Aktuelle Forschung zur Ursache der in vielen Kupferoxidverbindungen beobachteten Hochtemperatur-Supraleitung konzentrieren sich auf die Bewegung atomarer magnetischer Momente. Man nimmt an, dass Fluktuationen dieser Momente die Elektronen paarweise binden und ihnen eine widerstandslose Bewegung erlauben welche die Supraleitung auszeichnet.
Zur Zeit wird die Ursache des ungewöhnlichen Anregungsspektrums in Form einer Sanduhr diskutiert. Der Ursprung dieses Musters, das sich in vielen, wenn nicht in allen Hochtemperatur-Supraleitern findet, steht vermutlich in Beziehung zu einem alternierenden Muster von Spin- und Ladungsstreifen, die innerhalb der Atomlagen gefunden wurden. Bisher wurden allerdings Bemühungen, diese Beziehung zu bestätigen, durch das schwache magnetische Signal der Supraleiter und durch von der Supraleitfähigkeit hervorgerufene Änderungen im Spektrum behindert.

Das Forscherteam richtete seine Aufmerksamkeit stattdessen auf ein nichtleitendes Kobaltoxid mit einem ähnlichen Muster magnetischer Streifen. Mithilfe von Neutronenstreuung am ILL, einem führenden Institut für Neutronenforschung, vermaßen die Wissenschaftler die magnetischen Fluktuationen im atomaren Bereich und entdeckten dieselbe Sanduhrform in den Daten. Ihre Forschungsergebnisse liefern starke Anhaltspunkte dafür, dass magnetische Streifen die Ursache des sanduhrförmigen Spektrums sind und eine wichtige Rolle bei der Hochtemperatur-Supraleitfähigkeit spielen.

„Unsere Kobaltoxidverbindung ist ein magnetischer Doppelgänger für Hochtemperatur-Supraleiter“, sagt Professor Boothroyd von der Universität Oxford. „Durch das Fehlen beweglicher Elektronen kann sie nicht supraleitfähig werden, was es uns erlaubt, mit Neutronenstreuung Fluktuationen der magnetischen Momente mikroskopisch und ohne die erschwerenden Effekte der Supraleitfähigkeit im Detail zu untersuchen. Das Experiment ermöglicht es uns, die Ursache des viel diskutierten spektrums in Form einer Sanuhr zu isolieren.“ Dieses Ergebnis ist eine wichtige Entdeckung für alle, die die Ursachen von Supraleitung modellieren wollen.

„Zukünftige Modelle müssen diese magnetischen Streifen berücksichtigen“, sagt Dr. Paul Freeman, ein früherer ILL-Mitarbeiter, der jetzt am Helmholtz-Zentrum in Berlin forscht. „Mit diesen einfachen Kobaltoxidverbindungen haben wir einen sehr gut geeigneten Kandidaten für weitere Untersuchungen, die darauf abzielen, die Zusammenhänge zwischen Magnetismus und Hochtemperatur-Supraleitfähigkeit zu verstehen.“

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Weitere Informationen:
http://www.nature.com/nature/journal/v471/n7338/full/nature09902.html - detaillierte Ergebnisse