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Supraleitung: Dresdner suchen mit Terahertz-Laser nach dem Stromspar-Kick

Terahertz-Strahlung liegt im elektromagnetischen Spektrum zwischen Mikrowellen und Infrarotstrahlung. Sie eignet sich gut, um Materialeigenschaften zu untersuchen. Das Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf bietet mit der Terahertz-Quelle im Elbe-Zentrum für Hochleistungs-Strahlenquellen vielfältige Experimentiermöglichkeiten für Forscher aus aller Welt. Foto: HZDR/Frank Bierstedt

Terahertz-Strahlung liegt im elektromagnetischen Spektrum zwischen Mikrowellen und Infrarotstrahlung. Sie eignet sich gut, um Materialeigenschaften zu untersuchen. Das Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf bietet mit der Terahertz-Quelle im Elbe-Zentrum für Hochleistungs-Strahlenquellen vielfältige Experimentiermöglichkeiten für Forscher aus aller Welt. Foto: HZDR/Frank Bierstedt

Helmholtz-Forscher funktionieren Rossendorfer TELBE-Quelle zum Higgs-Spektrometer um

Dresden, 7. Mai 2020. Auf der Suche nach Kabeln und Elektromaschinen, die Strom widerstandsfrei leiten und nicht mehr teilweise als Abwärme verplempern, setzen Dresdner Forscher jetzt hochenergetische Terahertz-Laser ein. Das geht aus einer Mitteilung des Helmholtz-Zentrums Dresden-Rossendorf (HZDR) hervor. Letztlich wollen die Wissenschaftler mit diesem Durchleuchter endlich Werkstoffe finden, die auch bei Zimmertemperatur „supraleitend“ sind – so die Bezeichnung für diesen extremen Stromsparmodus.

Higgs-Schwingungen messen Abstand zum Spungpunkt

Die Analysetechnik dahinter nennt sich Higgs-Spektroskopie. Dabei versetzen Laser eine Materialprobe in eine sogenannte Higgs-Schwingung. Aus den Besonderheiten dieser Schwingung können sie dann ablesen, wie nahe der untersuchte Werkstoff jenem Sprungpunkt ist, ab dem er dem Stromfluss keinen Widerstand mehr entgegensetzt („Supraleitung“). Anders ausgerückt: Damit lässt sich auszählen, wieviele elektronen im Material sich bereits zu Cooper-Paaren verheiratet haben, die die Supraleitung erst möglich machen. So lassen sich nach und nach Keramiken, Kupferoxide oder anderen Verbindungen aussieben, die ganz ohne teure Tiefkühltechnik in diesen besonderen Modus wechseln. Vor allem aber hoffen die Forscher auf Erkenntnisse darüber, wie Supraleitung bei hohen Temperaturen überhaupt funktionieren kann.

Ohne starke Terahertz-Pulse funktioniert nichts

Möglich ist diese neue Untersuchungs-Technik aber nur mit extrem starken Terahertz-Laserpulsen, die in schneller Folge auf die Probe einprasseln müssen. Das HZDR verfügt mit der TELBE-Anlage über eine Quelle, die derartige Impulse in hoher Güte erzeugen kann – als eines von ganz wenigen Großforschungszentren weltweit. Daher erwartet das Forscherteam nun eine hohe Nachfrage für ihr neues Higgs-Spektrometer.

Beteiligt an den Pilotexperimenten waren neben dem HZDR das Max-Planck-Institut für Festkörperforschung (MPI-FKF) in Stuttgart sowie die Unis Stuttgart und Tokyo.

Autor: Oiger

Quelle: HZDR

Die wissenschaftliche Publikation:

H. Chu, M.-J. Kim, K. Katsumi, S. Kovalev, R. D. Dawson, L. Schwarz, N. Yoshikawa, G. Kim, D. Putzky, Z. Z. Li, H. Raffy, S. Germanskiy, J.-C. Deinert, N. Awari, I. Ilyakov, B. Green, M. Chen, M. Bawatna, G. Cristiani, G. Logvenov, Y. Gallais, A. V. Boris, B. Keimer, A. P. Schnyder, D. Manske, M. Gensch, Z. Wang, R. Shimano, S. Kaiser: Phase-resolved Higgs response in superconducting cuprates, in Nature Communications, 2020 (DOI: 10.1038/s41467-020-15613-1)