Verzerrter Supraleiter

TRISP BU: Instrumentwissenschaftler Dr. Thomas Keller (links) führte die Neutronenmessungen am TRISP bei -240°C durch. © Bernhard Ludewig

BU: Instrumentwissenschaftler Dr. Thomas Keller (links) führte die Neutronenmessungen am TRISP bei -240°C durch. © Bernhard Ludewig

Amerikanische, chinesische und deutsche Wissenschaftler haben mit Messungen am Dreiachsenspektrometer TRISP kleinste Verzerrungen in der ansonsten symmetrischen Atomanordnung eines Eisenpniktid-Supraleiters gefunden. Damit sind sie der Supraleitung bei höheren Temperaturen nähergekommen.

Strom verlustfrei leiten – das ist das Versprechen der Supraleiter. Doch bislang kennt man nur Materialien, die den Strom bei sehr tiefen Temperaturen ohne Widerstand leiten. Wissenschaftler versuchen deshalb die sogenannte Sprungtemperatur, ab der Materialien supraleitend werden, ständig zu erhöhen bzw. herauszufinden, was genau sich auf atomarer Ebene abspielt.

Physiker haben jetzt Mithilfe von Neutronen, u.a. am Heinz Maier-Leibnitz Zentrum, die Gitterabstände bei -240°C eines Eisenpniktid-Supraleiters, nahe dem Punkt der optimalen Supraleitung, gemessen. Der Auslöser dafür, dass der Kristall Strom widerstandsfrei leitet, scheint eine für diese Materialklasse einzigartige Strukturumwandlung zu sein: Nach einer tetragonalen Anordnung nimmt das Material eine orthorhombische Struktur ein. In einem tetragonalen Kristall sind die Atome wie in Würfeln angeordnet, die in eine Richtung gezogen wurden. Eine orthorhombische Struktur ist dagegen wie ein Ziegelstein geformt.

TRISP_Schema Die tetragonale Anordnung der Atome in einem Pniktidsupraleiter ist in einzelnen Bereichen verzerrt (rot und blau eingefärbt), enthält also orthorhombische Strukturen. © Weiyi Wang / Rice University, USA

Die tetragonale Anordnung der Atome in einem Pniktidsupraleiter ist in einzelnen Bereichen verzerrt (rot und blau eingefärbt), enthält also orthorhombische Strukturen. © Weiyi Wang / Rice University, USA

Es ist bekannt, dass Natrium-Eisen-Arsen-Pniktid-Kristalle tetragonal angeordnet sind, bis sie auf die Sprungtemperatur von -240°C heruntergekühlt werden, die das Gitter in eine orthorhombische Struktur zwingt. Das ist ein Schritt in Richtung Supraleitung bei tiefen Temperaturen. Bei den Neutronenmessungen, mit Dr. Thomas Keller vom Max-Planck-Institut für Festkörperforschung, jedoch fanden die Forscher überraschenderweise bei weit höheren Temperaturen als der eigentlichen Sprungtemperatur anormale orthorhombische Regionen. Sie berichten, dass dieses Phänomen in Proben zu sehen war, die minimal mit Nickel versetzt waren und fortbestand, wenn das Material überdotiert war.

Mit dem Wissen, wie hoch die Nickelzugabe sein muss, um die Sprungtemperatur zu beeinflussen, könnte auch die Temperatur erhöht werden, ab der die Eisenpniktide supraleitend werden.