Überraschung im Hochtemperatursupraleiter
Studie: Elektronische Bandstruktur bleibt beim Einsetzen der Supraleitung unverändert
Forscher von der amerikanischen Cornell-Universität haben dem Puzzle der Hochtemperatursupraleitung ein weiteres Stück zugefügt: Sie haben herausgefunden, dass die elektronische Bandstruktur eines auf Kupferoxid beruhenden Hochtemperatursupraleiters beim Übergang in den supraleitenden Zustand weitgehend unverändert bleibt. Die für Supraleiter charakteristische Bandlücke ist demnach auch oberhalb der Grenztemperatur der Supraleitung vorhanden.
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Die Forscher beschossen in ihrem Experiment die Oberfläche eines Kupferoxids namens LBCO mit Röntgenstrahlen. Dadurch wurden Elektronen tiefliegender Atomschalen freigesetzt, und durch eine Bestimmung deren Energieverteilung ließ sich die Bandstruktur der Elektronen bestimmen.
Die Bandstruktur eines Kristalls legt fest, auf welche Weise die Impulse (Geschwindigkeiten) der Elektronen mit deren Energien zusammenhängen. Das Cornell-Team untersuchte nun insbesondere, auf welche Weise sich die Bandstruktur bei Abkühlung des Kupferoxids änderte. Die Forscher erwarteten eine dramatische Veränderung, sobald die Grenztemperatur der Supraleitung erreicht wurde – schließlich fällt der elektrische Widerstand unterhalb dieser Temperatur auf praktisch Null ab.
Zu ihrer großen Überraschung veränderte sich die Bandstruktur beim Eintritt in den supraleitenden Zustand allerdings praktisch nicht. Insbesondere war die für die Supraleitung charakteristische Energielücke in dem Kupferoxid schon in einem Temperaturbereich oberhalb der kritischen Temperatur vorhanden. Auch wenn diese Arbeit weitere Rätsel aufwirft, ist der Leiter der Studie Seamus Davis von dem Ergebnis begeistert.
Die Bandlücke entspricht vereinfacht ausgedrückt der Energie, die zum Aufbrechen der die Supraleitung bewerkstelligenden Elektronenpaare nötig ist. Davis glaubt, dass seine Studie eine Vielzahl neuer Experimente mit Kupferoxiden auslösen wird.
Mitteilung der Cornell-Universität, Ithaca
Stefan Maier
