Wissenschaftler haben nachgewiesen, wie kleinste Magnete den widerstandslosen Fluss von Strom stören

25.05.2011: Wissenschaftler der Freien Universität Berlin haben die lokale Störung von Supraleitern durch kleinste Magnete nachgewiesen. Sie erstellten ein komplexes Wechselwirkungsbild, das seit Jahrzehnten theoretisch diskutiert wird, bisher experimentell jedoch nicht belegt werden konnte. Supraleitung beschreibt einen Zustand, in dem Strom ohne Widerstand fließen kann. Prof. Dr. Katharina Franke, Dr. Gunnar Schulze und Prof. Dr. Jose Ignacio Pascual vom Fachbereich Physik haben ihren Nachweis der lokalen Störung der Supraleitung durch kleinste Magnete in Science publiziert.

Supraleiter sind besonders für technologische Anwendungen von Bedeutung. So werden supraleitende Spulen zur Erzeugung von Magnetfeldern etwa für Kernspintomografen oder Teilchenbeschleuniger eingesetzt. Allerdings besteht das Problem, dass der supraleitende Zustand zusammenbricht, wenn das erzeugte Magnetfeld zu groß ist. Dieses Problem wird heutzutage durch besondere supraleitende Materialien umgangen, sogenannte Typ-II-Supraleiter. Dennoch sind die Grundlagen der Zerstörung der Supraleitung in den konventionellen Typ-I-Supraleitern nicht hinreichend erforscht.

Die kleinstmöglichen Magnete sind einzelne Atome oder Moleküle. In ihren Experimenten untersuchten die Wissenschaftler, wie einzelne magnetische Moleküle auf einer supraleitenden Blei-Oberfläche die Leitfähigkeit in ihrer unmittelbaren Umgebung verändern. Die Teilchen, die die Supraleitung ausmachen, sind Paare von Elektronen, sogenannte Cooperpaare. Diese sind es, die sich ohne Widerstand durch den Kristall bewegen können. In der Nähe der magnetischen Moleküle wirkt jedoch eine Kraft auf sie, sodass sie instabil werden, bis sie schließlich ganz aufbrechen. Genau dies lässt sich anhand der Leitfähigkeit nachweisen. Außerdem konnte das Wissenschaftlerteam zeigen, wie auch die „normalen“ Elektronen, die zusätzlich im Supraleiter existieren, auf die magnetischen Moleküle reagieren. Die Wissenschaftler hoffen damit ein verbessertes Verständnis für die Grundlagen neuer technologischer Anwendungen geschaffen zu haben.

Originalveröffentlichung:
Science 332, 940 (2011)