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
- Helmholtz-Nachwuchsgruppe zu MagnonenDr. Hebatalla Elnaggar baut am HZB eine neue Helmholtz-Nachwuchsgruppe auf. An BESSY II will die Materialforscherin sogenannte Magnonen in magnetischen Perowskit-Dünnschichten untersuchen. Sie hat sich zum Ziel gesetzt, mit ihrer Forschung Grundlagen für eine zukünftige Terahertz-Magnon-Technologie zu legen: Magnonische Bauelemente im Terahertz-Bereich könnten Daten mit einem Bruchteil der Energie verarbeiten, die moderne Halbleiterbauelemente benötigen, und das mit bis zu tausendfacher Geschwindigkeit.
Dr. Hebatalla Elnaggar will an BESSY II magnetische Perowskit-Dünnschichten untersuchen und damit die Grundlagen für eine künftige Magnonen-Technologie schaffen.
- Die Zukunft der Korallen – Was Röntgenuntersuchungen zeigen könnenIn diesem Sommer war es in allen Medien. Angetrieben durch die Klimakrise haben nun auch die Ozeane einen kritischen Punkt überschritten, sie versauern immer mehr. Meeresschnecken zeigen bereits erste Schäden, aber die zunehmende Versauerung könnte auch die kalkhaltigen Skelettstrukturen von Korallen beeinträchtigen. Dabei leiden Korallen außerdem unter marinen Hitzewellen und Verschmutzung, die weltweit zur Korallenbleiche und zum Absterben ganzer Riffe führen. Wie genau wirkt sich die Versauerung auf die Skelettbildung aus?
Die Meeresbiologin Prof. Dr. Tali Mass von der Universität Haifa, Israel, ist Expertin für Steinkorallen. Zusammen mit Prof. Dr. Paul Zaslansky, Experte für Röntgenbildgebung an der Charité Berlin, untersuchte sie an BESSY II die Skelettbildung bei Babykorallen, die unter verschiedenen pH-Bedingungen aufgezogen wurden. Antonia Rötger befragte die beiden Experten online zu ihrer aktuellen Studie und der Zukunft der Korallenriffe.
- BESSY II: Phosphorketten – ein 1D-Material mit 1D elektronischen EigenschaftenErstmals ist es einem Team an BESSY II gelungen, experimentell eindimensionale elektronische Eigenschaften in Phosphor nachzuweisen. Die Proben bestanden aus kurzen Ketten aus Phosphoratomen, die sich auf einem Silbersubstrat selbst organisiert in bestimmten Winkeln bilden. Durch eine raffinierte Auswertung gelang es, die Beiträge von unterschiedlich ausgerichteten Ketten voneinander zu trennen und zu zeigen, dass die elektronischen Eigenschaften tatsächlich einen eindimensionalen Charakter besitzen. Berechnungen zeigten darüber hinaus, dass ein spannender Phasenübergang zu erwarten ist. Während das Material aus einzelnen Ketten halbleitend ist, wäre eine sehr dichte Kettenstruktur metallisch.