Eine internationale Gruppe von Physikern aus Deutschland und der Schweiz hat experimentell die Existenz eines bisher unbekannten Aggregatzustands entdeckt und bestätigt, der mit der Wirkung der Supraleitung einhergeht. Das Phänomen erwies sich als so einzigartig, dass die Folgen der Entdeckung heute nur schwer vorherzusagen sind, obwohl es große Hoffnungen auf einen Durchbruch im Bereich der Supraleitung und Quantenbauelemente weckt. Dies ist der erste praktische Schritt in ein neues Fachgebiet.
Das seit über hundert Jahren bekannte Phänomen der Supraleitung ist sehr gut untersucht. Das negiert aber nicht, dass die Suche nach Materialien für Hochtemperatur-Supraleitung – idealerweise bei Raumtemperatur – Physiker tatsächlich durch Berührung tun. Dennoch haben Wissenschaftler im Allgemeinen ein klares mathematisch und physikalisch nachgewiesenes Verständnis der Prozesse. Das Phänomen der Supraleitung beruht insbesondere auf der Paarung von Elektronen und der Reise dieser Paare, Cooper-Paare genannt, durch das Material im supraleitenden Zustand. Doch plötzlich stellte sich heraus, dass sich Elektronen zu Vierergruppen zusammenschließen können, was noch nie jemand aufgezeichnet hat.
Die Anordnung von Elektronen in Supraleitern von vier in einer Gruppe wurde jedoch vor etwa zehn Jahren theoretisch vorhergesagt. Der Suche nach solchen Bedingungen wurde in den letzten zwei Jahren in mehreren Experimenten in Deutschland und der Schweiz gewidmet. Physiker untersuchten die Eigenschaften der sogenannten Eisenpniktide und insbesondere der Verbindung Ba1 - xKxFe2As2.
„Als wir entdeckten, dass vier statt zwei Elektronen plötzlich eine Bindung eingehen, dachten wir zunächst, es handele sich um einen Messfehler. Aber je mehr Methoden wir verwendeten, um das Ergebnis zu bestätigen, desto klarer wurde, dass es sich um ein neues Phänomen handeln muss: Alle Daten stimmen mit demselben Ergebnis überein. Heute wissen wir, dass eine Familie von Vier-Teilchen-Elektronen in einigen Metallen beim Abkühlen auf extrem niedrige Temperaturen einen völlig neuen Aggregatzustand erzeugt. Wozu dies in Zukunft führen wird, wird sich in den nächsten Jahren zeigen“, kommentierte einer der Gruppenleiter, Professor Hans-Henning Klaus von der TU Dresden, die Entdeckung.
An den Ergebnissen der aktuellen Studie waren neben Prof. Hans-Henning Clauss auch Dr. Vadim Grinenko von der TU Dresden und Prof. Yegor Babaev von der Royal Institute of Technology in Stockholm maßgeblich beteiligt. Die Experimente wurden am Schweizer Paul Scherrer Institut in Willigen, sowie am Leibniz-Institut für Festkörper- und Materialforschung in Dresden, dem Labor für Hochfeldmagnete am Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf und am AIST-Institut in Tsukuba . durchgeführt (Japan).
2021-11-07 09:15:33
Autor: Vitalii Babkin