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Supraleiter Universelle Eigenschaft supraleitender Materialien entdeckt

Redakteur: Dr. Ilka Ottleben

Forscher des Helmholtz-Zentrum Berlin haben eine magnetische Signatur entdeckt, die universell bei allen Eisen-basierten Supraleitern auftritt, auch wenn die Stammverbindungen, aus denen die Supraleiter entstanden, unterschiedliche chemische Eigenschaften haben.

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Strukturforschung – Großgerät für Neutronenstreuungsexperimente.
Strukturforschung – Großgerät für Neutronenstreuungsexperimente.
( Bild: HZB )

Berlin – Eine neue Klasse von Supraleitern weckt seit ihrer Entdeckung 2008 das Interesse der weltweiten Forschung. Anders als die bisher bekannten Kupfer-Keramiken (Kuprate) bestehen sie in ihrer Grundstruktur aus Eisenverbindungen. Vor allem weil sie sich in vielen grundlegenden Fragen des Strukturaufbaus von den Kupraten unterscheiden, erhofft man sich neue Erkenntnisse darüber, wie das Phänomen der Supraleitung entsteht.

Forscher des Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) haben nun in Kooperation mit einer internationalen Wissenschaftlergruppe eine magnetische Signatur entdeckt, die universell bei allen Eisen-basierten Supraleitern auftritt, auch wenn die Stammverbindungen, aus denen die Supraleiter entstanden, unterschiedliche chemische Eigenschaften haben.

Magnetische Kräfte können das Entstehen von Supraleitern befördern

Supraleiter werden in der Regel durch Dotieren von so genannten Stammverbindungen hergestellt, also indem man Fremdatome einschleust. Dabei hängen Magnetismus und Supraleitung eng zusammen. Konventionelle Supraleiter, zum Beispiel solche, die in MRT-Geräten in Krankenhäusern eingesetzt werden, mögen keinen Magentismus, da er die Wechselwirkungen stört, die im Kristall zur Supraleitung führen. Ganz anders ist dies bei den Hochtemperatur-Supraleitern, etwa den Kupraten und den Eisen-Arsen-Verbindungen. Hier helfen die magnetischen Kräfte und befördern das Entstehen von Supraleitung. Bei diesen Verbindungen gibt es magnetische Grundordnungen, von denen man weiß: wenn diese in einer Kristallstruktur auftreten, dann taugt das Material zum Hochtemperatur-Supraleiter.

Bei den neuen Eisen-basierten Supraleitern zeigt sich nun, dass sie Symmetrie einer magnetischen Ordnung genau der Symmetrie im Supraleitungssignal entspricht.

Dimitri Argyriou (HZB) und seine Kollegen haben Eisen-Tellur-Selen-Kristalle hergestellt und mit Röntgen- sowie Neutronenbeugung deren chemische Zusammensetzung und Struktur bestimmt. Mit Neutronenstreu-Experimenten am Forschungsreaktor BER II des HZB und am Forschungsreaktor des Institut Laue-Langevin in Grenoble haben sie die magnetischen Signale in den Kristallen gemessen.

Ziel: Entwicklung neuer Hochtemperatur-Supraleiter

Dabei haben die Wissenschaftler festgestellt, dass sich die Symmetrie der magnetischen Ordnung deutlich von anderen Eisen-basierten Stammverbindungen, etwa den Eisen-Arsen-Verbindungen unterscheidet. Doch überraschenderweise spielt diese Differenz keine Rolle bei der Herausbildung der supraleitenden Eigenschaft. Das magnetische Muster im entstehenden Supraleiter ist in allen Eisenverbindungen gleich und folgt offenbar einem universellen Mechanismus

Dimitri Argyriou beschreibt diese Ereignisse wie folgt: „Nach dem, was wir über die magnetische Ordnung von Eisenverbindungen wissen, dürften die Eisen-Tellur-Selen-Materialien gar keine Supraleitung zeigen. Doch das Gegenteil ist der Fall: Trotz der Unterscheide bei den Ausgangsverbindungen ist die Signatur der Supraleitfähigkeit gleich. Wenn wir jetzt verstehen würden, wie die Supraleitung angesichts der unterschiedlichen Ausgangsbedingungen entsteht, könnten wir vielleicht Materialien entwickeln, die bei höherer Temperatur supraleitend sind.

Originalveröffentlcihung

Nature Materials, September 2010, Volume 9 No 9, pp718 - 720: From (n,0) magnetic order to superconductivity with (n,n) magnetic resonance in Fe1.02Te1−xSex; T. J. Liu, J. Hu, B. Qian, D. Fobes, Z. Q. Mao, W. Bao, M. Reehuis, S. A. J. Kimber, K. Prokeš, S. Matas, D. N. Argyriou, A. Hiess, A. Rotaru, H. Pham, L. Spinu, Y. Qiu, V. Thampy, A. T. Savici, J. A. Rodriguez & C. Broholm; doi:10.1038/nmat2800

(ID:360603)