Supraleiter, die von selbst arbeiten

05.12.2012 - Deutschland

Wissenschaftler der Universitäten Tübingen, Tel Aviv und der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) haben erstmals eine neue Art von supraleitenden Elementen – sogenannte j-Josephson-Kontakte – theoretisch und experimentell nachgewiesen. „Supraleitende elektronische Schaltungen arbeiten mit den φ-Josephson-Kontakten praktisch ‚von selbst’ und kommen ohne komplizierte Steuerlogiken aus“, erläutert Dr. Edward Goldobin von der Universität Tübingen und leitender Wissenschaftler des Gemeinschaftsprojektes. Durch diese verbesserte Funktionalität stehen zum Beispiel in der medizinischen Bildgebung oder für skalierbare Quantencomputer ganz neue Möglichkeiten der Kryoelektronik – also der elektrischen Schaltungen bei ultrakalten Temperaturen – zur Verfügung. Auch neuartige Akkus, die sich nicht entladen, wären jetzt möglich. 

Ein Josephson-Kontakt ist ein quantenmechanisches Bauteil, das aus zwei Supraleitern besteht, die durch eine sehr dünne Barriere von etwa 2 Nanometern getrennt werden. Entsprechend quantenmechanischer Grundsätze „fühlen“ die supraleitenden Elektronen ihre Nachbarn auf der anderen Barrierenseite und verhalten sich kohärent. 

Die Wissenschaftler haben entdeckt, dass diese φ-Josephson-Kontakte sich in zwei Zuständen befinden können: die Supraleiter „synchronisieren“ mit der Phasenverschiebung von entweder +φoder dem Negativen dieses Werts.

In den Experimenten bei 300 Millikelvin konnte die Existenz dieser beiden Zustände demonstriert werden.

Originalveröffentlichung

H. Sickinger, A. Lipman, M. Weides, R. G. Mints, H. Kohlstedt, D. Koelle, R. Kleiner, E. Goldobin, "Experimental evidence of a φ Josephson junction", Phys. Rev. Lett. 109, 107002 (2012).

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