{"id":2952,"date":"2016-02-01T09:52:51","date_gmt":"2016-02-01T08:52:51","guid":{"rendered":"http:\/\/aktuelles.uni-frankfurt.de\/?p=2952"},"modified":"2016-02-01T11:10:32","modified_gmt":"2016-02-01T10:10:32","slug":"unkonventionelle-supraleitung-entdeckt","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/aktuelles.uni-frankfurt.de\/en\/forschung\/unkonventionelle-supraleitung-entdeckt\/","title":{"rendered":"Unkonventionelle Supraleitung entdeckt"},"content":{"rendered":"
\"Prof.<\/a>
Prof. Cornelius Krellner an einem Kryostat, in dem die Proben bei tiefen Temperaturen bis 2 K (-271\u00b0C) vorcharakterisiert werden. Foto: AG Krellner<\/figcaption><\/figure>\n

In der aktuellen Ausgabe des renommierten Wissenschaftsmagazins Science berichtet Prof. Cornelius Krellner vom Physikalischen Institut der Goethe-Universit\u00e4t \u00fcber die Entdeckung einer unkonventionellen Supraleitung bei extrem tiefen Temperaturen. Das zu ihrer Erkl\u00e4rung herangezogene theoretische Konzept eines quantenkritischen Punktes k\u00f6nnte dazu beitragen, auch die Supraleitung bei hohen Temperaturen besser zu verstehen.<\/p>\n

Das supraleitende Material, eine Verbindung aus den Elementen Ytterbium, Rhodium und Silizium, wird seit 15 Jahren von Festk\u00f6rper-Physikern intensiv untersucht. \u201eDie entscheidende Rolle spielen darin die Ytterbium-Atome, da diese magnetisch sind \u2013 und zwar aus einem besonders faszinierenden Grund\u201c, erkl\u00e4rt Prof. Krellner. Der \u00dcbergang in den magnetisch geordneten Zustand (Phasen\u00fcbergang) findet n\u00e4mlich bei so tiefen Temperaturen statt, dass Temperatur bedingte Bewegungen der winzigen atomaren Magnete keine Rolle mehr spielen. Das unterscheidet ihn von allen anderen bekannten Phasen\u00fcberg\u00e4ngen, wie zum Beispiel dem Erstarren von Wasser zu Eis. Bei Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt (minus 273 Grad) dominieren Quantenfluktuationen. Diese sind so stark, dass die Natur versucht, alternative geordnete Grundzust\u00e4nde einzunehmen.<\/p>\n

Meilenstein zur Erkl\u00e4rung der Supraleitung<\/h3>\n

Supraleitung ist ein m\u00f6glicher kollektiver Zustand, der an so einem quantenkritischen Punkt auftauchen kann. Seit einiger Zeit wird intensiv diskutiert, ob er auch bei den Hochtemperatur-Supraleitern eine Rolle spielt. Insofern ist die Entdeckung von Supraleitung in YbRh2<\/sub>Si2<\/sub> ein Meilenstein, da in diesem Material die Eigenschaften eines quantenkritischen Punktes besonders gut untersucht werden k\u00f6nnen. \u201eWir k\u00f6nnen damit zeigen, dass das Auftreten von unkonventioneller Supraleitung an einem quantenkritischen Punkt ein genereller Mechanismus ist, auch wenn die entdeckte Supraleitung in YbRh2<\/sub>Si2<\/sub>\u201c, sagt Krellner. Praktische Relevanz wird das Material nicht haben, da der supraleitende Zustand erst bei der extrem tiefen Temperatur von 2 tausendstel Grad \u00fcber dem absoluten Nullpunkt auftritt. Die aufwendigen Messungen bei diesen tiefen Temperaturen hat das Walther-Mei\u00dfner-Institut f\u00fcr Tieftemperaturforschung in Garching gemacht.<\/p>\n

\"Die<\/a>
Die Doktoranden Kristin Kliemt und Sebastian Witt an dem neuen Hochtemperatur-Ofen, in dem die YbRh2Si2 Kristalle bei 1500\u00b0C gez\u00fcchtet werden. Foto: AG Krellner<\/figcaption><\/figure>\n

Cornelius Krellner besch\u00e4ftigte sich bereits vor 10 Jahren w\u00e4hrend seiner Doktorarbeit am Max-Planck-Institut f\u00fcr Chemische Physik fester Stoffe in Dresden mit YbRh2<\/sub>Si2<\/sub>. Damals z\u00fcchtete er Einkristalle der Verbindung. Deren Qualit\u00e4t und Gr\u00f6\u00dfe waren entscheidend, um die Materialeigenschaften \u00fcberhaupt messen zu k\u00f6nnen. \u201eAls wir die ersten Hinweise auf Supraleitung sahen, waren wir alle sehr enthusiastisch, und ich habe alles daran gesetzt, noch bessere und gr\u00f6\u00dfere Einkristalle zu z\u00fcchten\u201c, erinnert sich Krellner, der seit 2012 das Kristall- und Materiallabor am Physikalischen Institut der Goethe-Universit\u00e4t leitet. Dass es dann noch so lange gedauert hat, bis der endg\u00fcltige Beweis f\u00fcr unkonventionelle Supraleitung erbracht war, lag daran, dass die Messungen extrem zeitaufwendig sind und erst reproduziert werden mussten. Weiterhin war es notwendig, die Supraleitung mit verschiedenen Messmethoden zu untersuchen, um zu zeigen, dass es sich tats\u00e4chlich um unkonventionelle Supraleitung handelt.<\/p>\n

Europaweit das einzige Labor f\u00fcr YbRh2<\/sub>Si2<\/sub>-Einkristalle<\/h3>\n

\u201eDas erste was wir in Frankfurt gemacht haben, war einen entsprechenden Ofen aufzubauen, um Kristalle von YbRh2Si2 auch hier herstellen zu k\u00f6nnen\u201c, sagt Krellner. Das ist nicht einfach, denn die Kristalle entstehen erst bei sehr hohen Temperaturen von 1500\u00b0C, bei denen Ytterbium l\u00e4ngst verdampft ist. Krellner und seine Mitarbeiter wenden deshalb ein besonderes Verfahren an: die Hochtemperatur-Schmelzz\u00fcchtung in fl\u00fcssigem Indium.<\/p>\n

\"Einkristall<\/a>
Einkristall der tern\u00e4ren Verbindung YbRh2<\/sub>Si2<\/sub>. Diese „Bergprobe“ war die erste, an der die Supraleitung gefunden wurde. Ma\u00dfstab auf dem Papier: 1 mm. Foto: AG Krellner<\/figcaption><\/figure>\n

Mittlerweile forschen Kristin Kliemt und Sebastian Witt im Rahmen ihrer Doktorarbeiten an der Optimierung dieses Verfahrens. \u201eWir sind momentan die einzigen in Europa, die in der Lage sind Einkristalle von YbRh2<\/sub>Si2<\/sub> herzustellen\u201c, sagt Krellner nicht ohne Stolz. \u201eDie Ver\u00f6ffentlichung in Science gibt uns zus\u00e4tzlichen Antrieb, diese Verbindung weiter zu untersuchen.\u201c Zum Beispiel ist noch sehr wenig \u00fcber die magnetische Ordnung oberhalb der Supraleitung bekannt und auch die Supraleitung selbst wird in den n\u00e4chsten Jahren noch umfassend untersucht werden m\u00fcssen. Dazu wird es auch in Zukunft vor allem auf die reinen und gro\u00dfen Einkristalle aus der AG Krellner ankommen. \u201eEntscheidend ist aber die gut funktionierende Zusammenarbeit mit den experimentellen und theoretischen Physikern, um dem Geheimnis der Supraleitung weiter auf die Spur zu kommen\u201c, so Krellner. F\u00fcr den Erfolg seiner Arbeit war dies bisher ein wichtiger Baustein – und wird es auch in Zukunft bleiben.<\/p>\n

Publikation<\/strong>: E. Schuberth et al., Emergence of Heavy-Electron Superconductivity by the Ordering of Nuclear Spins. Science<\/a> (2016).<\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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