Neue Theorie zu konkurrierenden Phasen in Cupraten

  • 25. July 2011

Entdeckung in Stammverbindung eines Hochtemperatur-Supraleiters führt zu besseren Vorhersagen.

Ein internationales Team hat zwei verschiedene Phasen in der Stammverbindung eines Kupferoxid-Supraleiters beobachtet und die gegenseitigen Abhängigkeiten untersucht. Es gelang den Forschern daraufhin, eine Theorie zu entwickeln, mit deren Hilfe sich vorhersagen lässt, unter welchen Bedingungen welche der Phasen dominiert. Sie erwarten davon neue Hinweise, wann sich eine supraleitende Phase einstellt.

Die Gabel in der streifigen elektronischen Struktur ist ein lange gesuchter topologischer Defekt in Cupraten (links), der um eine zentrale Stelle rotiert (Farbrad, Mitte). Die Forscher fanden eine eindeutige Verbindung zu einer konkurrierenden Phase

Abb.: Die Gabel in der “streifigen” elektronischen Struktur ist ein lange gesuchter topologischer Defekt in Cupraten (oben), der um eine zentrale Stelle rotiert (Farbrad, Mitte). Die Forscher fanden eine eindeutige Verbindung zu einer konkurrierenden Phase (Höhen und Senken in der untren Abb. zeigen deren Intensität; Bild: BNL)

Als größtes Problem auf dem Weg zu Cuprat-basierten Hochtemperatur-Supraleitern nennt Teammitglied Séamus Davis vom Brookhaven National Laboratory und der Cornell University die Menge unterschiedlicher Phasen. Um deren Konkurrenzverhalten zu untersuchen, verwendeten sie die von Davis entwickelte Spectroscopic Image-scanning Tunneling Microscopy, welche die Elektronen einer Phase auf atomarer Ebene sichtbar macht.

Die Physiker entdeckten damit topologische Defekte in der Elektronenstruktur, Verwirbelungen, wie sie so ähnlich auch in Flüssigkristallzuständen auftreten. Analog dazu gelang es den beteiligten Theoretikern, die Abhängigkeiten und das Zusammenspiel der Cupratzustände auf atomarer Skala zu prognostizieren und ihre Koexistenz zu erklären.

Damit sollte es prinzipiell möglich sein, das Verhalten des Materials auf makroskopischer Ebene vorherzusagen – je nach spezifischen Bedingungen wie beispielsweise der Kristallsysmmetrie. Die Forscher planen auch, die Möglichkeiten auszuloten, die Mechanismen der Hochtemperatur-Supraleitung damit zu verbinden.

BNL / OD

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