Hochtemperatur-Supraleitung
Spin-Dynamik statt Dotierungseffekt!
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Effizientes Versuchsdesign
Streuuntersuchungen zum Magnetismus sind extrem aufwändig, denn sie erfordern meist zahlreiche Experimente an verschiedenen Neutronenquellen weltweit, um vollständige Daten zu erhalten. In diesem Fall entstanden die Messdaten durch eine Serie, geschickt entworfener Experimente in der Rekordzeit von nur vier Wochen am Instrument PUMA.
Eine besondere Herausforderung war das Experiment darüber hinaus, weil die Forscher nur sehr kleine Kristalle einsetzen konnten. Als Untersuchungsmaterial wählten die Wissenschaftler ein Eisenpniktid, einer Verbindung aus Eisen, Barium und Arsen, dem sie geringe Mengen an Nickel zusetzten. Dieses Material bildet aber unter Normalbedingungen Zwillingskristalle, an denen nematische Phasen nicht zu messen gewesen wären.
»Zwar lässt sich die Zwillingsbildung durch Druck verhindern«, sagt Jitae Park, »doch dadurch konnten wir nur sehr kleine Kristalle verwenden.« Weil die Garchinger Forschungs-Neutronenquelle über einen sehr hohen Neutronenfluss verfügt, entschlossen sich die Wissenschaftler daher das Experiment am FRM II durchzuführen.
Nematische Phasen
Wo sich in einem Kristall Atomkerne und Bindungselektronen aufhalten, legt die Kristallstruktur fest. Die Elektronen besitzen aber darüber hinaus noch einen elektromagnetischen Drehimpuls, den sogenannten Spin. Durch die Kopplung vieler Spins können sich in einem Kristall elektromagnetische Bereiche mit einer Vorzugsrichtung ausbilden, sogenannte nematische Phasen. In diesen Phasen sehen viele Wissenschaftler einen Schlüssel zum Verständnis des Phänomens der Hochtemperatur-Supraleitung.
Der Supraleitung auf der Spur
Weltweit versuchen Wissenschaftler schon seit langem, das Phänomen des verlustlosen Stromtransports durch Hochtemperatur-Supraleiter zu verstehen. Materialien, die diesen Effekt auch bei Raumtemperatur zeigen, hätten ein riesiges technisches Potenzial. Unterhalb ihrer Sprungtemperatur transportieren Supraleiter elektrischen Strom nahezu verlustfrei. Bei den besten der sogenannten Hochtemperatur-Supraleitern liegt diese Temperatur bei etwa -180 ºC, also bei Temperaturen, die schon durch Kühlung mit flüssigem Stickstoff erzielt werden können.
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