Auf dem Weg zur Supraleitung bei hohen Temperaturen

Magnetische Wechselwirkungen könnten bewirken, dass bestimmte Materialien Strom verlustfrei leiten, und zwar bei höheren Temperaturen als klassische Supraleiter wie etwa Blei.

Ein Spinwellenspektrum, wie es mit Neutronen gemessen werden kann. Die Einzelbilder gelten für verschiedene Temperaturen, die in Grad über der absoluten Nulltemperatur bei -273.15°C angegeben sind. Bild: Max-Planck-Institut für Festkörperforschung.

Am Dreiachsenspektrometer PUMA am FRM II wurde das Eisenarsenid für die Veröffentlichung in Nature Physics gemessen.

Dazu haben Wissenschaftler vom Max-Planck-Institut für Festkörperforschung jetzt mit Hilfe von Neutronenmessungen an der Forschungs-Neutronenquelle FRM II der Technischen Universität München (TUM) einen wichtigen Betrag geleistet. Ihre Ergebnisse veröffentlichten sie online vorab in der renommierten Fachzeitschrift Nature Physics.

Supraleiter, die Strom bei moderaten Temperaturen verlustfrei leiten - das hatten sich die Wissenschaftler nach der Entdeckung der so genannten Hochtemperatur-Supraleiter erhofft. Doch die höchsten Temperaturen, bei denen Materialien derzeit ihren elektrischen Widerstand verlieren, liegen immer noch unter minus 135 Grad Celsius. Um die Temperaturgrenze weiter nach oben zu verschieben, müssen die Forscher zunächst vor allem verstehen, wie die Supraleitung entsteht. Mit den Neutronenmessungen an supraleitenden Eisenarseniden haben die Physiker nun weitere Hinweise gefunden, dass die Supraleitung auch über einen magnetischen Mechanismus entstehen könnte.

In dem untersuchten Eisenarsenid regten die Forscher zusammen mit den Wissenschaftlerinnen Dr. Astrid Schneidewind und Dr. Klaudia Hradil an der TUM-Forschungs-Neutronenquelle so genannte Spinwellen an. Dazu wurde die Probe schnellen Neutronen am Dreiachsenspektrometer PUMA und langsamen Neutronen am Dreiachsenspektrometer PANDA ausgesetzt. Gibt es eine Wechselwirkung zwischen dem Neutron und der Spinwelle, überträgt das Neutron Energie, es wird langsamer und ändert seine Flugrichtung. Aus der Analyse der Richtung und der Energie der gestreuten Neutronen erkennt man, dass die Wechselwirkungen magnetischer Natur sind.

Die Messwerte zu den Eisenarseniden werden nun von den Theoretikern benutzt, um eine Erklärung für den konkreten Zusammenhang zwischen Magnetismus und Supraleitung zu finden. Gelingt das, dann könnten die Physiker gezielt die Materialeigenschaften verändern, um die Supraleitungs-Temperatur nach oben zu treiben. So könnten Supraleiter in Zukunft vielleicht eine viel breitere technische Anwendung finden.

Originalpublikation:

Normal-state spin dynamics and temperature-dependent spin-resonance energy in optimally doped BaFe1.85Co0.15As2

D.S. Inosov, J.T. Park, P. Bourges, D.L. Sun, Y. Sidis, A. Schneidewind, K. Hradil, D. Haug, C.T. Lin, B. Keimer and V. Hinkov;

Nature Physics, Letters (2009)

doi:10.1038/nphys1483