Ein unkonventioneller Supraleiter spürt höchste Drücke

20. Januar 2017

Zu den Träumen eines Physikers gehört es, ein Experiment durchzuführen, in dem sehr kontrolliert nur ein einziger Parameter eines Materials verändert wird. Noch schöner wäre es, wenn diese Kontrolle über einen großen Bereich möglich wäre. Gleichzeitig soll das Material jedoch auf keinen Fall beschädigt, verunreinigt oder anderweitig gestört werden.

Diese Anforderungen an ein „Traumexperiment“ scheinen beinahe unerfüllbar, jedoch haben Alexander Steppke, Lishan Zhao, Mark Barber und ihre Kollegen in der aktuellen Ausgabe von Science gezeigt, dass genau so etwas möglich ist. Basierend auf den vorherigen Arbeiten der Koautoren Clifford Hicks und Andy Mackenzie hat das Team den unkonventionellen Supraleiter Strontiumruthanat (Sr2RuO4) unter uniaxialen Druck gesetzt.  Die dabei erreichten Drücke führen zu einer dramatischen Änderungen der physikalischen Eigenschaften: Die supraleitendende Sprungtemperatur hat sich mehr als verdoppelt. Das äußere Magnetfeld, das notwendig ist um die Supraleitung zu unterdrücken, ist um mehr als einen Faktor 20 angestiegen.

In Zusammenarbeit mit Thomas Scaffidi und Steve Simon von der Abteilung für Theoretische Physik der Universität Oxford zeigt sich, dass diese Experimente Hinweise auf einen neuartigen Übergang zwischen zwei supraleitenden Zuständen geben. So ein Übergang wurde theoretisch vorhergesagt, jedoch noch nie beobachtet. Dieses Phänomen hat bereits zahlreiche Überlegungen angestoßen und erste theoretische Erklärungen von Physikern aus Hong Kong, Zürich und Cornell, basierend auf einer Vorveröffentlichung, sind bereits erschienen.

Auch wenn die genauen Auswirkungen auf unser Verständnis der Supraleitung in Sr2RuO4 noch nicht abzusehen sind, eröffnet dieses von uns entwickelte experimentelle Verfahren Perspektiven für eine Vielzahl von Materialien. So hat eine Gruppe an der Universität von California Irvine es damit geschafft, die Eigenschaften des korrelierten Isolators SmB6 entscheidend zu verändern. Damit können eine ganze Reihe von neuen Untersuchungen Licht auf die topologischen Eigenschaften dieses Materials werfen.

Wir erweitern und verbessern unsere experimentellen Aufbauten, so dass wir optimistisch in die Zukunft blicken, um solche Experimente auch mit anderen experimentellen Methoden kombinieren zu können. Dazu zählen sowohl Experimente am Max-Planck-Institut und der TU Dresden als auch mit unserem Netzwerk an internationalen Wissenschaftlern. 

AM, AS / CPfS

Experimenteller Aufbau für uniaxialen Druck oder Zug bei tiefen Temperaturen. Die drei Piezoelemente auf der linken Seite können auf den zentralen Teil entweder Druck oder Zug ausüben. Die kleine quaderförmige Probe wird dann komprimiert oder auseinandergezogen. Der angelegte Druck erreicht im Experiment bis zu 1 Gigapascal. Das entspricht dem Druck auf einen Würfel mit 1cm Kantenlänge auf dem ein LKW mit einem Gewicht von 10 t balanciert wird.

Mark Barber, Clifford Hicks, Alexander Steppke (von links)

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