Magnetischer Nachbar beeinflusst Supraleiter

Supraleiter Die magnetischen Effekte zwischen Hochtemperatur-Supraleiter und Manganat wurden mittels Neutronenspektroskopie gemessen, unter anderem am Instrument NREX der Forschungs-Neutronenquelle Heinz Maier-Leibnitz (FRM II) in Garching.

Die magnetischen Effekte zwischen Hochtemperatur-Supraleiter und Manganat wurden mittels Neutronenspektroskopie gemessen, unter anderem am Instrument NREX der Forschungs-Neutronenquelle Heinz Maier-Leibnitz (FRM II) in Garching.

Hochtemperatur-Supraleiter faszinieren und frustrieren Forscher seit ihrer Entdeckung vor mehr als 25 Jahren. Während gut verstanden ist, warum manche Metalle bei Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt plötzlich Strom ohne Widerstand transportieren, haben die Forscher noch keine schlüssige Erklärung, warum bestimmte Kupferoxid-Keramiken bei deutlich höheren Temperaturen ebenfalls supraleitfähig werden. Physiker gehen jedoch inzwischen davon aus, dass die Hochtemperatursupraleitung sich aufgrund von magnetischen Wechselwirkungen ausbildet.

Auch so genannte magnetische Oxide sind wegen ihrer erstaunlichen magnetischen Eigenschaften im Fokus vieler Wissenschaftler. An dünnen Schichten aus Manganaten, die bekannteste Gruppe der magnetischen Oxide, entdeckten Wissenschaftler vor einigen Jahren den so genannten kolossalen Magnetwiderstand (CMR): Bei Anlegen eines äußeren Magnetfeldes nimmt dabei der elektrische Widerstand sehr deutlich ab. Bei einer bestimmten Temperatur ändert sich bei Manganaten außerdem die elektrische Leitfähigkeit: aus einem elektrischen Nicht-Leiter wird ein elektrischer Leiter. Parallel zu diesem so genannten Isolator-Metall-Übergang ändern sich die magnetischen Eigenschaften des Materials: aus einem Material, das nur magnetisch ist, so lange es sich in der Nähe eines anderen Magneten befindet, wird ein so genannter Ferromagnet, der eine von äußeren Magnetfeldern unabhängige, spontane Magnetisierung zeigt.

Um zu untersuchen, wie sich beide Substanzen gegenseitig beeinflussen, stapelte ein Team von Wissenschaftlern um Christian Bernhard von der Universität von Fribourg beide Substanzen zu einem Übergitter aus wenigen Nanometer dicken Schichten. Tatsächlich konnten sie eine erstaunliche magnetische Kopplung zwischen beiden Materialien beobachten: Es zeigte sich, dass die spontane Magnetisierung im Manganat stark unterdrückt wurde, während sich in der Kupferoxid-Keramik ein den magnetischen Momenten des Manganats entgegengesetzt ausgerichteter Ferromagnetismus ausbildete. Weitere Experimente legten zudem nahe, dass die Stärke dieser magnetischen Kopplung leicht durch eine Veränderung der elektronischen Eigenschaften des Manganats verändert werden können. Die magnetischen Eigenschaften des Schichtsystems wurden mittels Neutronenspektroskopie bestimmt, unter anderem am Instrument NREX der Forschungs-Neutronenquelle Heinz Maier-Leibnitz (FRM II) in Garching.

Von ihren Experimenten versprechen sich die Forscher zum einen ein besseres Verständnis der Grundlagen der Hochtemperatur-Supraleitung. Andererseits erwarten sie sich damit Fortschritte auf dem Gebiet der Spintronik. Dieses neue Forschungsgebiet der Physik an der Grenze zwischen Magnetismus und Elektronik hat zum Ziel, den Spin der Elektronen mittels elektrischer oder magnetischer Felder so zu manipulieren, dass dieser eines Tages für die elektronische Informationsverarbeitung genutzt werden kann.