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Ein internationales Team unter der Leitung von Forschern des MPI-CPfS hat mithilfe von extrem hochenergetischen Elektronen kontrolliert atomare Defekte in supraleitenden Nickelat-Dünnschichten erzeugt. Die kürzlich in „Physical Review Letters” veröffentlichte systematische Untersuchung dieser Defekte hilft bei der Eingrenzung möglicher Antworten auf grundlegende Fragen zur Entstehung der Supraleitfähigkeit in diesen Materialien.
Auf den Punkt gebracht
Supraleitung: Ein internationales Team unter der Leitung von Forschern des Max-Planck-Instituts für Chemische Physik fester Stoffe verwendete hochenergetische Elektronenstrahlung, um atomare Defekte in Nickelat-Dünnschichten einzuführen, und gewann so neue Erkenntnisse über die Supraleitung.
Verständnis der Mechanismen: Die Studie trägt dazu bei, zu klären, wie Supraleitung in Nickelaten im Vergleich zu Kupraten entsteht, und grenzt Modelle ein, die diese Mechanismen erklären.
Zukünftige Forschung: Die Ergebnisse ebnen den Weg für umfassendere Studien zu Nickelat-Supraleitern und setzen Maßstäbe für die Verbesserung der Materialproduktion.
Supraleiter sind Materialien, die Magnetfelder vollständig abweisen und elektrischen Strom ohne Verluste leiten. Diese Eigenschaften machen sie zu faszinierenden Objekten für die Erforschung grundlegender physikalischer Materialeigenschaften und zu potenziell revolutionären technologischen Bausteinen. Einige Arten von Supraleitern sind relativ gut verstanden und lassen sich durch theoretische Modelle erklären, die seit den 1950er Jahren entwickelt wurden. Andere Klassen von Supraleitern sind hingegen nach wie vor eher mysteriös. Sie können jedoch bei höheren Temperaturen Supraleitfähigkeit zeigen, wodurch sie für praktische Anwendungen attraktiver werden.
Die bekanntesten dieser „unkonventionellen” Supraleiter sind Kupferoxidkeramiken, auch Cuprate genannt, deren supraleitende Eigenschaft erstmals 1986 von Forschern bei IBM Zürich entdeckt wurde. Vor dieser bahnbrechenden Arbeit begannen die Forscher ihre Untersuchungen mit der Suche nach Supraleitung jedoch in eng verwandten Nickeloxidverbindungen. Diese Verbindungen waren jahrzehntelang weltweit Gegenstand intensiver Forschung, bis Forscher der Stanford University schließlich im Jahr 2019 die Nickelat-Supraleitung nachweisen konnten. Danach hat sich die Nickelat-Supraleitung schnell zu einem sehr dynamischen Forschungsgebiet entwickelt. Es wurden dort neue Verbindungen gefunden, die höhere Übergangstemperaturen erreichen und sowohl auffällige Ähnlichkeiten als auch faszinierende Unterschiede zu ihren Cuprat-Pendants aufweisen. Trotz dieser Fortschritte bleiben einige wichtige Fragen weiterhin schwer zu beantworten – vor allem aufgrund der komplexen und hochpräzisen Synthesetechniken, die zur Herstellung dieser supraleitenden Nickelate erforderlich sind.
Seit der Entdeckung haben Forschungsgruppen auf der ganzen Welt immense Anstrengungen unternommen, um die Qualität von Nickelat-Supraleitern zu verbessern. Nun haben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des MPI-CPfS in Zusammenarbeit mit Gruppen der Stanford University und der École polytechnique einen anderen Weg beschritten, indem sie genau das Gegenteil machten. Sie bestrahlten einige der besten verfügbaren Proben langsam mit Elektronen, die eine Energie von mehreren Megavolt haben. Dadurch brachten sie atomare Defekte in die Proben ein, die die Temperatur, bei der sie supraleitend sind, allmählich senken. Verschiedene Arten von Supraleitern reagieren mehr oder weniger empfindlich auf diese Art von Störung im Atomgitter. Mithilfe systematischer Messungen bei zunehmender Defektdichte konnten die Forschenden zwischen verschiedenen vorgeschlagenen Modellen des Supraleitungsmechanismus unterscheiden und die Möglichkeiten eingrenzen.
Diese kürzlich in Physical Review Letters veröffentlichte Studie trägt dazu bei, unser Verständnis darüber zu vertiefen, wie Supraleitung in Nickelaten im Vergleich zu Cupraten entsteht. Sie legt den Grundstein für detailliertere zukünftige Forschungen über ein breiteres Spektrum von Nickelat-Supraleitern und zeigt wichtige Maßstäbe für die Verbesserung ihrer Herstellung auf.
Berit.Goodge@cpfs.mpg.de
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/7lqb-pjkm
(links) Bestrahlung einer supraleitenden Nickelatprobe mit hochenergetischen Elektronen. (rechts) Pr ...
Quelle: B. Goodge
Copyright: © MPI CPfS / B. Goodge
Merkmale dieser Pressemitteilung:
Journalisten, Studierende, Wissenschaftler
Chemie, Physik / Astronomie
überregional
Forschungsergebnisse
Deutsch
(links) Bestrahlung einer supraleitenden Nickelatprobe mit hochenergetischen Elektronen. (rechts) Pr ...
Quelle: B. Goodge
Copyright: © MPI CPfS / B. Goodge
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