Der Zusammenhang zwischen Temperatur und Supraleitfähigkeit
Dass Hochtemperatur-Supraleiter erst bei umgebungsnahen Temperaturen supraleitfähig werden, macht ihre Erforschung einfacher und kostengünstiger. Trotz der Fortschritte jahrzehntelanger Forschung gibt es keine allgemein anerkannte Theorie, um die Eigenschaften der Hochtemperatur-Supraleitfähigkeit zu erklären. Das Verständnis dieser Mechanismen könnte die weitere Entwicklung und Anwendung beschleunigen. Die EU-finanzierten Wissenschaftler des Projekts 'Iron-based superconductivity: Fermi surface and superconducting gap anisotropy' (FESUME) nutzten zum Prüfen bestimmter Hypothesen eisenbasierte Hochtemperatur-Supraleiter, die erst 2008 entdeckt wurden. Die meisten Wissenschaftler glauben, dass die spezielle Topologie mathematisch definierter Grenzwerte für die thermischen, elektrischen, magnetischen und optischen Eigenschaften von Halbleitern (Fermi-Flächentopologie) eine wichtige Rolle spielt. Eine verbreitete Theorie besagt, dass in der Fermi-Fläche entstehende Lücken zur Stabilität der Supraleitfähigkeit beitragen. Die Wissenschaftler von FESUME wollen die Details der Fermi-Fläche erkunden, speziell ihre Neigung zur Instabilität, um die Mechanismen der Hochtemperatur-Supraleitfähigkeit aufzudecken. Die Forscher nutzten drei etablierte, vielseitige und leistungsstarke Techniken, um die Fermi-Fläche und supraleitende Lückenstruktur (de Haas van Alphen, London: 'Penetration depth and specific heat measurements') in Supraleitern aus 111er Eisenpniktid (geschichtetes Eisen-Arsen) zu messen. Durch die Ergebnisse konnten wichtige Bedingungen für Supraleiter aufgezeigt und andere ausgeschlossen werden. Dies lieferte den ersten thermodynamischen Beleg für ein Quantenphänomen, das in Verbindung mit den Phasenübergängen in Supraleitern (quantenkritischer Punkt) den Großteil der Fermi-Fläche beeinflusst. Dies geschieht, indem die Masse der Quasiteilchen erhöht wird. Die Ergebnisse betonen das Phänomen der Massennormalisierung bei der für Supraleitfähigkeit benötigten Temperaturerhöhung in eisenbasierten Supraleitern. Dieses Phänomen wird in einigen Systemen durch quantenkritische Instabilitäten begleitet. FESUME erzielte bahnbrechende Fortschritte in der seit langem erfolglosen Suche nach den entscheidenden Mechanismen von Hochtemperatur-Supraleitfähigkeit. Mithilfe dieser Erkenntnisse können schon bald neue, innovative Materialien für zukünftige Supraleiter-Anwendungen entwickelt werden.
Schlüsselbegriffe
Supraleitfähigkeit, Hochtemperatur-Supraleiter, Eisenbasis, Fermi-Fläche, Lückenstruktur, quantenkritische Instabilität
