11.10.2003 - Physik
Forscher entdecken neue "Materieform" von Bosonen
Elektronenpaare können neben dem supraleitenden auch einen metallischen Zustand mit endlichem elektrischen Widerstand annehmen
Amerikanische Wissenschaftler haben eine gängige Lehrmeinung der Supraleitung auf den Kopf gestellt. In einer soeben in dem Fachmagazin Science (Bd. 302, S. 243) veröffentlichten Studie zeigen sie, dass Elektronenpaare nicht wie bisher angenommen entweder supraleitend oder vollständig nichtleitend sind. Vielmehr können sie auch einen dritten, metallischen Zustand mit einem endlichen elektrischen Widerstand annehmen. Dieses Ergebnis könnte bei der Suche nach dem Ursprung der Hochtemperatursupraleitung helfen.
Philip Phillips von der Universität von Illinois in Urbana-Champaign und seine Kollegen analysierten in ihrer Arbeit Messergebnisse an supraleitenden dünnen Filmen, die an den Universitäten von Stanford und Minnesota durchgeführt worden waren. In diesen Experimenten wurde die Supraleitung eines Films entweder durch ein Magnetfeld oder durch Verringerung der Dicke des Films zerstört.
Der gängigen Theorie nach sollte sich bei einer derartigen Zerstörung der Supraleitung sofort ein Isolator ausbilden. Ursache dessen ist, dass die für die Supraleitung verantwortlichen Elektronenpaare, so genannte Cooperpaare, nicht mehr im Gleichschritt oder phasengleich durch die Schicht wandern, sondern außer Takt geraten. Die von Phillips analysierten Experimente haben allerdings gezeigt, dass dem nicht so ist – die Filme können auch einen metallischen Zustand mit einem endlichen Widerstand annehmen, und zwar selbst bei einer Temperatur von fast absolut Null.
Die Forscher interpretieren dies als Folge eines ungeordneten, glasartigen Zustandes der Bosonen. Dabei wandern Teile der Bosonen im Gleichschritt durch den Film, andere hingegen nicht. Das Ergebnis ist ein nichtverschwindender elektrischer Widerstand des Films.
Ob die Ergebnisse der Wissenschaftler von Bestand sein werden, muss sich zwar erst noch in weiteren Experimenten zeigen. Fachkollegen sind allerdings von der Eleganz der Interpretation beeindruckt. Diese Arbeit zeigt weiterhin, dass die Physik von Elektronenpaaren noch weitgehend unerforscht ist, und lässt somit hoffen, dass auch das größte Rätsel der Supraleitung bald gelöst werden kann – der Ursprung der Hochtemperatursupraleitung der Kupferoxidkristalle.
Stefan Maier Supraleitung
Der gängigen Theorie nach sollte sich bei einer derartigen Zerstörung der Supraleitung sofort ein Isolator ausbilden. Ursache dessen ist, dass die für die Supraleitung verantwortlichen Elektronenpaare, so genannte Cooperpaare, nicht mehr im Gleichschritt oder phasengleich durch die Schicht wandern, sondern außer Takt geraten. Die von Phillips analysierten Experimente haben allerdings gezeigt, dass dem nicht so ist – die Filme können auch einen metallischen Zustand mit einem endlichen Widerstand annehmen, und zwar selbst bei einer Temperatur von fast absolut Null.
Die Forscher interpretieren dies als Folge eines ungeordneten, glasartigen Zustandes der Bosonen. Dabei wandern Teile der Bosonen im Gleichschritt durch den Film, andere hingegen nicht. Das Ergebnis ist ein nichtverschwindender elektrischer Widerstand des Films.
Ob die Ergebnisse der Wissenschaftler von Bestand sein werden, muss sich zwar erst noch in weiteren Experimenten zeigen. Fachkollegen sind allerdings von der Eleganz der Interpretation beeindruckt. Diese Arbeit zeigt weiterhin, dass die Physik von Elektronenpaaren noch weitgehend unerforscht ist, und lässt somit hoffen, dass auch das größte Rätsel der Supraleitung bald gelöst werden kann – der Ursprung der Hochtemperatursupraleitung der Kupferoxidkristalle.
Stefan Maier Supraleitung