Neu entdeckte Vortex-Struktur in der Supraleiter-Forschung
Supraleiter ermöglichen durch die Paarbildung von Elektronen den
verlustfreien Transport von Strom. Sie haben deshalb in der
Energieforschung einen zentralen Stellenwert. Die neuesten
Forschungsergebnisse aus diesem Bereich hat ein internationales
Wissenschaftlerteam in einer Ausgabe des Magazins "Science" vorgestellt
(siehe unten).
Die Experimente wurde an der Schweizer Spallations-Neutronenquelle (SINQ)
des Paul Scherrer Instituts durchgeführt, die einen kontinuierlichen
Strahl von Neutronen produziert. Mit deren Hilfe kann man in das
Innere von Materialien schauen, ohne sie zu zerstören. Das
Forscherteam hat nun entdeckt, dass ein magnetisches Feld mit den
Elektronen im Inneren eines Supraleiters auf eine Weise interagieren
kann, wie dies zuvor noch nicht beobachtet werde konnte. Aus den
Experimenten kann man Rückschlüsse auf die Paarbildung von Elektronen
in magnetischen Supraleitern schliessen. Das Forschungsteam besteht
aus Wissenschaftlern verschiedener Universitäten: University of
Montreal, der ETH Zürich, dem Paul Scherrer Institut, der University
of Notre Dame, der University of Birmingham, dem Los Alamos National
Laboratory und dem Brookhaven National Laboratory.
Laut Michel Kenzelmann, Wissenschaftler am PSI und Professor an der
ETH Zürich, zeigen die Resultate eine fundamentale Verbindung zwischen
Magnetismus und Supraleitung auf. "Unsere Beobachtungen bieten einen
neuartigen Einblick in die exotischen Eigenschaften von magnetisch
induzierter Supraleitung.
In ihren Experimenten kühlten die Forscher einen Einkristall bestehend
aus den Elementen Cerium, Kobalt und Indium (CeCoIn5) auf
-273.10 Grad ab. Bei derart niedrigen Temperaturen hören alle atomaren
Bewegungen auf. Unter solchen Bedingungen schliessen sich die
Elektronen im verwendeten Material zu Paaren zusammen. Dadurch wird
der supraleitende, elektrisch widerstandsfreie Zustand erreicht, der
es ermöglicht, den Strom verlustfrei zu transportieren. Durch
magnetische Felder können die Elektronen-Paare zerstört und die
Supraleitung aufgehoben werden. Deshalb werden Supraleiter gegen
magnetische Felder abgeschirmt. Gelingt dies nicht vollständig, können
elektrische Ringströme entstehen, die einen elektromagnetischen
Wirbel, einen sogenannten Vortex, bilden. Sie wirken dem äusseren Feld
entgegen und ordnen sich in einem regelmässigen Gitter, einem
Vortexgitter an.
Dieser Vorgang konnte jetzt auch beim Versuch mit CeCoIn5
beobachtet werden. Für die Forscher völlig überraschend war jedoch,
dass die Vortex-Struktur in CeCoIn5 nicht nur aus
elektrischen Ringströmen bestand. In ihrem Innern gab es zusätzlich
magnetische Dipolmomente, die mit der Magnetfeldstärke grösser wurden.
Wahrscheinlich, so die Forscher, hänge die neu entdeckte
Vortex-Struktur direkt mit den starken Bewegungen der magnetischen
Dipolmomente zusammen, die als "Leim" für die Elektronen dienen und
dadurch zum supraleitenden Kondensat in CeCoIn5 führen.
Quellen und Artikel:
-
Andrea D. Bianchi, Michel Kenzelmann, Lisa DeBeer-Schmitt, Jon S.
White, Edward M. Forgan, Joel Mesot, Markus Zolliker, Joachim
Kohlbrecher, Roman Movshovich, Eric. D. Bauer, John L. Sarrao,
Zachary Fisk, Cedomir Petrovi, Morten Ring Eskildsen: Superconducting Vortices in CeCoIn5: Toward the
Pauli-Limiting Field.
In: Science; 11 January 2008; Vol. 319. no. 5860, pp. 177 -
180;
DOI: 10.1126/science.1150600.
