Neue Erkenntnisse zu unkonventionellen Supraleitern
Neben den Cupraten sind Eisen-Pniktide eine zweite bekannte Familie der kürzlich entdeckten Hochtemperatur-Supraleiter, bei denen der Ursprung ihrer Supraleitfähigkeit noch nicht abschließend geklärt ist. Eine der wichtigsten Fragen der Physik der kondensierten Materie besteht darin, was die Supraleitfähigkeit bei diesen eisenbasierten Hochtemperatur-Supraleitern verursacht. Die EU-finanzierten Wissenschaftler des Projekts LOWT-MFM-OF-TIS (Low temperature magnetic force microscopy study of topological insulators) nutzten Magnetkraftmikroskopie (MFM), um einen wichtigen Längenparameter der Supraleitfähigkeit zu messen. Dieser ist als London-Eindringtiefe (λ) bekannt und beschreibt die Tiefe, in die ein externes Magnetfeld in den Supraleiter eindringen kann. Darüber hinaus ist sie ein wichtiger Parameter, welcher die kritische Temperatur bei Hochtemperatur-Supraleitern beschreibt. Bei diesem bedeutsamen Wert fällt der elektrische Widerstand abrupt auf null, und das Metall wird zu einem Supraleiter. Durch vorausgegangene Forschung wurde ein überraschender Zusammenhang zwischen λ und dem Dotierungslevel von BaFe2(As0.7P0.3)2 entdeckt. Es wurde festgestellt, dass diese Supraleiter bei optimaler Dotierung einen Höchstwert bei der Penetrationstiefe erreichen. Bis heute konnte kein weiterer solcher Peak bei λ festgestellt werden. Mittels MFM, bei der eine scharfe magnetisierte Spitze eine Materialprobe scannt, wiesen die Wissenschaftler das Vorhandensein eines Peaks bei optimaler Dotierung nach. Die Messungen zeigten darüber hinaus, dass die Abhängigkeit der kritischen Temperatur von λ den verschiedenen Werten von λ in der Nähe des Peaks ähneln. Die Wissenschaftler stellten zudem fest, dass sich λ und die kritische Temperatur nahe des Randes der unterdotierten Region zueinander umgekehrt proportional verhalten. Diese Erkenntnis war ein klarer Hinweis auf eine Vermischung einer Spindichtewelle – energiearme geordnete Zustände von Feststoffen bei niedrigen Temperaturen – und Supraleitfähigkeit. Magnetische Bildgebung der supraleitfähigen Wirbel ermöglichte den Wissenschaftlern, Zwillingsgrenzen innerhalb der supraleitenden Kuppelregion zu beobachten. Man geht davon aus, dass solche topologischen Defekte die Phasenübergänge begünstigen, und dies stellt einen weiteren Hinweis auf die Koexistenz von Spindichtewellen und Supraleitfähigkeit dar. LOWT-MFM-OF-TIS verzeichnete bahnbrechende Erfolge bei der Untersuchung unkonventioneller Supraleitfähigkeit bei vielversprechenden Hochtemperatur-Halbleitern, die über hohes Potential für neuartige Hochgeschwindigkeitsgeräte verfügen.
