Nutzerforschung am BER II: Neue Erkenntnisse zur Hochtemperatur-Supraleitung
Schematische Darstellung der “Streifen-Ordnung”: Die blauen Streifen sind die geladenen, supraleitenden Bereiche. Abbildung mit Änderungen übernommen von Physical Review Letters.
Die farbigen 2D-Plots zeigen die gemessenen Daten der magnetische Ordnung (links) und der magnetischen Anregungen (rechts). Nur mithilfe hochaufgelöster Messungen lässt sich zeigen, dass beide Datensätze nicht genau zueinander passen, und die Signale daher nicht aus demselben Bereich der Probe stammen. Abbildung mit Änderungen übernommen von Physical Review Letters.
Auch nach 30 Jahren Forschung bleiben viele Eigenschaften von Hochtemperatur-Supraleitern rätselhaft. So bildet sich in einigen Kuprat-Supraleitern eine magnetische “Streifen-Ordnung” aus. Ein dänisches Forscherteam hat diese Streifen mit Hilfe von Neutronen an den hochauflösenden Spektrometern FLEXX (HZB) und ThALES (ILL, Grenoble) genauer untersucht. Ihre Ergebnisse, die jetzt in Physical Review Letters veröffentlicht wurden, stellen das gängige Verständnis dieser „Streifen-Ordnung“ in Frage. Sie tragen dazu bei, das Phänomen der Hochtemperatur-Supraleitung weiter zu entschlüsseln.
Bereits seit 30 Jahren ist bekannt, dass Kuprat-Supraleiter bei ungewöhnlich hohen Temperaturen supraleitend werden – vielfach oberhalb des Siedepunkts von Flüssigstickstoff (-196° C). Das macht sie für Anwendungen besonders interessant. Die Forschung hat gezeigt, dass bei den Kupraten ein anderer Mechanismus zur Entstehung des supraleitenden Zustands führt, als dies in konventionellen Supraleitern der Fall ist. Allerdings ist dieser Mechanismus trotz intensiver Forschung immer noch nicht richtig verstanden. Forscher hoffen, dass ein tieferes Verständnis der Hochtemperatur-Supraleiter es ermöglichen könnte, Materialien zu entwickeln, die auch bei Raumtemperatur supraleitend sind.
In den Kupraten ist Supraleitung sehr eng mit den magnetischen Eigenschaften verknüpft – ganz im Gegensatz zu konventionellen Supraleitern, bei denen die Supraleitung durch Magnetismus zerstört wird. Für einige Kupratverbindungen wird ein ungewöhnlicher Zustand beobachtet: Streifen mit magnetischer Ordnung wechseln sich ab mit elektrisch geladenen, supraleitenden Streifen (siehe Bild). Auch magnetische Anregungen wurden gefunden, die anscheinend zu den Streifen mit magnetischer Ordnung gehören.
Ein Team aus dem Niels Bohr Institut an der Universität Kopenhagen, Dänemark, hat sich diese magnetischen Streifen mittels Neutronenstreuung genauer angesehen. Die Spektrometer FLEXX (HZB) und ThALES (ILL, Grenoble) bieten dafür eine besonders hohe Auflösung. Aus ihren Daten konnten die Wissenschaftler folgern, dass die magnetisch geordneten Streifen und die magnetischen Anregungen nicht zueinander passen, obwohl die Anregungen auch streifenförmig sind. Beide Phänomene entstehen offenbar in unterschiedlichen Bereichen der Probe. Der Vergleich mit anderen Experimenten suggeriert, dass eine Phasenseparation in eine magnetische und eine supraleitende Phase erfolgt, und dass die magnetischen Anregungen zur supraleitenden Phase gehören.
Diese Annahme wirft ein ganz neues Licht auf viele bereits veröffentlichte Experimente zu Kuprat-Supraleitern, die von einem gemeinsamen Ursprung der magnetischen Ordnung und der magnetischen Anregungen ausgehen. Die Ergebnisse wurden jetzt in Physical Review Letters veröffentlicht.
Zur Publikation in Phys. Rev. Letters (2018): "Distinct Nature of Static and Dynamic Magnetic Stripes in Cuprate Superconductors", H. Jacobsen, S. L. Holm, M.-E. Lăcătuşu, A. T. Rømer, M. Bertelsen, M. Boehm, R. Toft-Petersen, J.-C. Grivel, S. B. Emery, L. Udby, B. O. Wells, and K. Lefmann.
DOI: 10.1103/PhysRevLett.120.037003
- Magnon-Momentum-Mikroskopie: Neues Fenster in nanoskalige SpinwellenEin internationales Team unter der Leitung des Max-Born-Instituts hat eine neue Art der Momentum-Mikroskopie entwickelt, mit der Magnonen – die Quanten kollektiv angeregter Spins – mithilfe von Weichröntgenstrahlung direkt im zweidimensionalen reziproken Raum abgebildet werden können. Die Messungen fanden an BESSY II und Petra III statt. Erstautor ist der HZB-Physiker Steffen Wittrock. Dank ihrer Empfindlichkeit, Einfachheit und der Möglichkeit, Wellenlängen im Nanometerbereich aufzulösen, bildet diese neuartige Methode eine leistungsstarke und vielseitige Plattform für die Erforschung nichtlinearer Magnonen-Wechselwirkungen, die für zukünftige Rechenkonzepte interessant sind.
- Spintronik an BESSY II: Echtzeit-Analyse von magnetischen DoppelschichtsystemenSpintronische Bauelemente ermöglichen Datenverarbeitung mit deutlich weniger Energieverbrauch. Sie basieren auf der Wechselwirkung zwischen ferromagnetischen und antiferromagnetischen Schichten. Nun ist es einem Team von Freier Universität Berlin, HZB und Universität Uppsala gelungen, für jede Schicht separat zu verfolgen, wie sich die magnetische Ordnung verändert, nachdem ein kurzer Laserpuls das System angeregt hat. Dabei konnten sie auch die Hauptursache identifizieren, die für den Verlust der antiferromagnetischen Ordnung in der Oxidschicht sorgt: Die Anregung wird von den heißen Elektronen im ferromagnetischen Metall zu den Spins im Antiferromagneten transportiert.
- Start für den Aufbau eines neuen Rechenzentrums in BerlinMit dem Aufbau eines neuen Rechenzentrums in Berlin schaffen das Zuse Institute Berlin (ZIB) und das Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) die Grundlage für eine skalierbare und souveräne Dateninfrastruktur in Berlin. Das Projekt stärkt die wissenschaftliche Leistungsfähigkeit der Berliner Wissenschaft und leistet zugleich einen wichtigen Beitrag zu Forschungssicherheit, Resilienz und technologischer Unabhängigkeit.