Neue Erkenntnisse zu magnetisch induzierter Supraleitung
Ein internationales Wissenschaftlerteam unter der Schirmherrschaft der Integrierten Infrastrukturinitiative für Neutronenstreuung und Myonen-Spektroskopie (NMI3) hat eine neue Art der Interaktion zwischen einem magnetischen Feld und Elektronen im Inneren eines Supraleiters entdeckt. Das erstmals beschriebene Phänomen ist Thema eines Artikels in der bekannten Fachzeitschrift "Science". Als die Forscher aus Kanada, der Schweiz, dem UK und den USA Experimente an einem Einkristall bestehend aus den Elementen Cerium, Kobalt und Indium (CeCoIn5) an der Schweizer Spallations-Neutronenquelle (SINQ) des Paul Scherrer Instituts (PSI) in Villingen, Schweiz, durchführten, beobachteten sie zu ihrer Überraschung die Bildung einer unerwarteten elektromagnetischen Vortexstruktur. Diese Vortexe bestanden nicht nur aus elektrischen Ringströmen. In ihrem Innern gab es zusätzlich magnetische Dipolmomente (geschlossener Stromkreislauf), die mit der Magnetfeldstärke größer wurden. Das Einkristall wurde auf minus 273,10 Grad Celsius abgekühlt. Bei diesen Temperaturen hören alle atomaren Bewegungen auf. Unter solchen Bedingungen schließen sich die Elektronen im verwendeten Material zu Paaren zusammen. Dadurch wird der supraleitende, elektrisch widerstandsfreie Zustand erreicht, der es ermöglicht, den Strom verlustfrei zu transportieren. Durch magnetische Felder können die Elektronenpaare zerstört und die Supraleitung aufgehoben werden. Deshalb werden Supraleiter für gewöhnlich gegen magnetische Felder abgeschirmt. Gelingt dies nicht vollständig, können elektrische Ringströme entstehen, die einen elektromagnetischen Wirbel, einen so genannten Vortex, bilden. Laut Michel Kenzelmann, Wissenschaftler am PSI, zeigen die Resultate eine fundamentale Verbindung zwischen Magnetismus und Supraleitung auf: "Unsere Beobachtungen bieten einen neuartigen Einblick in die exotischen Eigenschaften von magnetisch induzierter Supraleitung", was Rückschlüsse auf die Paarbildung von Elektronen in magnetischen Supraleitern zulässt. Wahrscheinlich, so die Forscher, hänge die neu entdeckte Vortexstruktur direkt mit den starken Bewegungen der Dipolmomente zusammen. Sie würden als "Leim" für die Elektronen dienen und dadurch zum supraleitenden Kondensat in CeCoIn5 führen. Im Rahmen von NMI3 kommen 23 Partner aus 14 Ländern, darunter elf Forschungsinfrastrukturen und andere interessierte Organisationen, zusammen. Die Initiative, die auf die Unterstützung der technologischen Entwicklung in Europa abzielt und einen "Eckpfeiler des Europäischen Forschungsraums" bilden soll, wird mit 21 Millionen Euro unter dem Sechsten Rahmenprogramm (RP6) finanziert.