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Neues Material könnte Grundlage der Supraleitung erklären

Februar 2012 — Berlin/D (HZB) – Bislang ist nicht schlüssig erklärt, warum manche Stoffe unterhalb einer bestimmten Temperatur supraleitend werden. Forscher des Helmholtz-Zentrum Berlin für Material und Energie (HZB) legen nun Ergebnisse vor, die den Streit um die richtige Theorie lösen könnten. Sicher ist, dass in der Nähe der Sprungtemperatur ein Übergang von „nichtleitend“ zu „leitend“ stattfindet. Die Atome im Kristallgitter sortieren sich um. Eine Theorie geht davon aus, dass die Supraleitung als Eigenschaft bereits in den Ausgangsstoffen der Materialien verankert ist. Diese Ausgangsstoffe sind immer Isolatoren, also Stoffe, die den Strom nicht leiten. Leitend werden sie erst, wenn man Fremdatome ins Kristallgitter einbaut. Die zweite Theorie geht davon aus, dass in der Nähe der Sprungtemperatur im Material zwei Phasen gegeneinander „kämpfen“ und dabei Supraleitung entsteht. „Die Richtigkeit dieser Theorie wird durch unsere Ergebnisse bestätigt“, sagt Dimitri Argyriou vom HZB. Sein Team hat eine Verbindung aus Lanthan-Strontium- Manganat untersucht. Das Material ist zwar kein Supraleiter, wird aber ebenfalls durch Dotierung eines Isolator-Stoffes hergestellt. Lanthan-Strontium-Manganat ist indes ein schlecht leitendes Metall. Mit Hilfe der Neutronenstreuung hat Argyriou dabei einen Unterschied zu normalen Metallen entdeckt. In Metallen wie Kupfer gibt es frei bewegliche Elektronen, die für den Stromfluss sorgen, wobei sich die Elektronen nach heutiger Theorie zu einem so genannten Elektronengas zusammenfinden. Im Lanthan-Strontium-Manganat – so die Erkenntnis der HZB-Forscher – verhalten sich die freien Elektronen nur für kurze Zeit wie ein Elektronengas. Sie „vergessen“ nicht, dass sie ursprünglich aus einem Isolator stammen und werden plötzlich wieder im Kristallgitter eingeschlossen. Dieser Zustand wechselt hin und her, sodass sie mal frei beweglich (leitend) und dann wieder eingeschlossen (nicht leitend) sind. „Dieses Verhalten beweist, dass die Isolator-Eigenschaft im Gedächtnis der dotierten Materialien verankert bleibt und die Eigenschaft Supraleitung nicht in dem Grundstoff existiert“, schlussfolgert Dimitri Argyriou.
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