Hochtemperatur-Supraleitung Doch kein Dreckeffekt

Dr. Jitae Park in der Experimentierhalle der Forschungs-Neutronenquelle Heinz-Maier-Leibnitz (FRM II) der Technischen Universität München (TUM) in Garching am Instrument PUMA, einem Dreiachsenspektrometer zur zeitaufgelösten Messung von interaktiven Prozessen in Kristallen (Magnete, Supraleiter).

Die Entdeckung der Hochtemperatur-Supraleiter durch Bednorz und Müller im Jahr 1986 war auch der Beginn einer anhaltenden Suche nach der Supraleitung bei Zimmertemperatur. Nun konnte eine wichtige Streitfrage auf diesem Weg ­geklärt werden: mittels Neutronenspektroskopie.

Die Fragestellung war eindeutig: Beruhen die Änderungen der elektromagnetischen Phase in einem Supraleiter in der Nähe der Sprungtemperatur TC auf Verunreinigungen des Kristalls? Die Antwort darauf hat Dr. Jitae Park mit Hilfe der Forschungs-Neutronenquelle „Heinz Maier-Leibnitz“ (FRM II) der TU München gefunden. Zusammen mit seinen Kollegen vom Beijing National Laboratory for Condensed Matter Physics und aus dem Department of Physics and Astronomy der Rice University in Houston/Texas konnte er mit Hilfe des Dreiachsenspektrometers PUMA zeigen, dass die Hochtemperatursupraleitung nicht auf einem Dotierungseffekt beruht, sondern Ausdruck einer sich sprunghaft ändernden Vorzugsrichtung der Elektronenbewegung ist. Salopp gesprochen: HTSL beruht nicht auf einem „Dreckeffekt“.

Die Herausforderung für die Wissenschaftler lag darin, dass nur sehr kleine Kristalle zur Verfügung standen. Das verwendete Eisenpniknid – eine Verbindung aus Eisen, Barium und Arsen – neigt bei der Kristallisation zur Zwillingsbildung. „Zwar lässt sich Zwillingsbildung durch Druck verhindern“, erklärt Jitae Park, „doch dadurch konnten wir nur sehr kleine Kristalle verwenden“. Voraussetzung für das Experimente war daher, dass ein genügend hoher Neu­tronenfluss zur Verfügung stand. Daher entschlossen sich die Wissenschaftler, das Experiment am FRM II durchzuführen. Dort untersuchten sie die Proben des Hochtemperatur-Supraleiters, dem geringe Mengen an Nickel zugesetzt wurden. Dabei stellten sie fest, dass das Auftreten der nematischen Phase (griech: νημα – Faden) in keiner direkten Beziehung zur Verunreinigung durch Nickel steht. Hingegen besteht eine starke Abhängigkeit der Entstehung dieser Phasen von kollektiven Veränderungen des Spins der Elektronen von der Temperatur; sie entstehen deutlich oberhalb der Sprungtemperatur TC.