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24.11.2016

Experimenteller Beweis erbracht: Theorie ist richtig

JTPark-PRL JTPark-PRL TUM-Wissenschaftler Dr. Jitae Park am Instrument PUMA. | © Volker Lannert / DAAD

TUM-Wissenschaftler Dr. Jitae Park am Instrument PUMA. | © Volker Lannert / DAAD

Eine Woche Messzeit am Instrument PUMA haben Forscherteams aus Peking und den USA genügt, um theoretische Berechnungen experimentell zu beweisen. Die Ergebnisse bringen die weltweite Community der Supraleiterforscher ein gutes Stück weiter, denn dieses klein, aber sehr wichtige Puzzleteil hat eine Theorie bestätigt.

TUM-Wissenschaftler Jitae Park ist nicht nur verantwortlich für das PUMA-Instrument, sondern auch ein Experte für Supraleiter. “Es ist wichtig, das gesamte Phasendiagramm vollständig zu verstehen, um die genaue Funktionsweise der Supraleiter zu erklären. Wir haben deshalb große Anstrengungen unternommen, die Dynamik der Spins im normalen Zustand (nicht im supraleitenden Zustand) zu untersuchen. 2014 konnten wir zeigen, dass die Symmetrieveränderungen der elektronischen Phasen von Hochtemperatursupraleitern von der Dynamik der Elektronenspins begleitet werden”, erklärt er die aktuellen Forschungsansätze. “Doch war das noch nicht das Ende”, fügte er hinzu. Unstrittig ist, dass eisenhaltige Supraleiter eine nematische Phase haben, in der die elektronische Ordnung die darunterliegende Gittersymmetrie verletzt. Ob die nematische Phase von den Freiheitsgraden der Orbitale herrührt oder Spins dafür verantwortlich sind, diskutieren die Wissenschaftler noch. Für den praktischen Einsatz dieser Supraleiter in Zukunft wäre es enorm wichtig, endlich zu wissen, was diesen Übergang auslöst. Zu diesem Zweck haben Wissenschaftler aus aller Welt bereits eine ganze Reihe verschiedener Analysemethoden eingesetzt. Eine der weltweit diskutierten Thesen besagt, dass diese nematische Phase eng mit dem Freiheitsgrad der Spins verknüpft ist. Der dafür nötige Beweis konnte bis jetzt jedoch noch nicht erbracht werden.

nemacity nemacity Die temperaturabhängigen Spin-Spin-Korrelationen in Ni-dotierten Eisen-basierten Supraleitern. | © W. Zhang / IOP Beijing

Die temperaturabhängigen Spin-Spin-Korrelationen in Ni-dotierten Eisen-basierten Supraleitern. | © W. Zhang / IOP Beijing

Um die Theorie möglicherweise bestätigen zu können, benutzten die internationalen Autoren der Publikation BaFe1.935Ni0.065As2, das sie mit Neutronen am Instrument PUMA untersuchten. Sie beobachteten, dass die Spin-Spin-Korrelation etwas unterhalb des strukturellen Phasenübergangs ebenfalls kleiner wird, was den Schluss nahe legt, dass die nematische Phase einen starken Einfluss auf die Spinbewegung hat. Quod erat demonstrandum: Zusammen mit den Ergebnissen früherer Messungen ist damit der experimentelle Beweis erbracht, dass die nematische elektronische Ordnung eine Folge des Freiheitsgrads des Elektronenspins ist.

Originalpublikation:
W. Zhang, J. T. Park, X. Lu, Y. Wei, X. Ma, L. Hao, P. Dai, Z. Y. Meng, Y. Yang, H. Luo, and S. Li; Effect of nematic order on the low-energy spin fluctuations in detwinned BaFe1.935Ni0.065As2; PRL 117, 227003

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