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Physiker entdecken neuen Aggregatzustand mit Elektronen-Quartetten

Eine vierteilige Elektronen-Familie erzeugt einen neuen Aggregatzustand in einem Metall. Forscher des "ct.qmat" aus Dresden und Würzburg  haben dieses ungewöhnliche Phänomen nachgewiesen. Visualisierung: Jörg Bandmann, Pixelwg, für das ct.qmat

Eine vierteilige Elektronen-Familie erzeugt einen neuen Aggregatzustand in einem Metall. Forscher des „ct.qmat“ aus Dresden und Würzburg haben dieses ungewöhnliche Phänomen nachgewiesen. Visualisierung: Jörg Bandmann, Pixelwg, für das ct.qmat

Quantenforscher aus Dresden und Würzburg hoffen auf neuen Schlüssel zur Supraleitung

Dresden/Würzburg, 7. November 2021. Quantenphysiker aus Dresden und Würzburg haben in einem Metall aus der Klasse der sogenannten „Eisenpniktide“ bei der tiefen Temperaturen Elektronen entdeckt, die sich zu Quartetten zusammenschließen. Das hat die TU Dresden mitgeteilt.

Konkret haben die Forscher vom Exzellenzzentrum „ct.qmat“ bei Experimenten diese Elektronen-Zusammenschlüsse in einer metallischen Verbindung aus Barium, Kalium, Eisen und Arsen mit der Summenformel Ba1-xKxFe2As2 gefunden. Sie stufen dies als einen neuen Aggregatzustand ein, der womöglich den Schlüssel zu einer neuen Klasse von Supraleitern liefern könnte, die Strom verlustfrei leiten. Bekannt war bisher nur, dass einige Supraleit-Effekte darauf basieren, dass sich in ihnen Elektronen zu Paaren zusammenschließen, die die atomaren Gitterstrukturen widerstandsfrei queren können. Die Möglichkeiten, dass es nicht nur Supraleiter mit Elektronen-Paaren, sondern auch Viererverbünde geben könnte, war bisher nur als theoretische Möglichkeit bekannt.

Vorteil in Dresden: kurze Wege

„Wir haben den neuen Aggregatzustand zunächst in einem Schweizer Teilchenbeschleuniger entdeckt“, betonte der führende Experimentator des Projektes, Dr. Vadim Grinenko von der TU Dresden. „Unsere Ergebnisse konnten wir danach mit sechs weiteren Methoden vor Ort in Dresden und an der Universität Stockholm bestätigen. Der große Standortvorteil von Dresden sind die kurzen Wege: Ich kann meine Probe fast zu Fuß in ein Leibniz-Institut oder Helmholz-Zentrum bringen.“ Die theoretische Interpretation der Messergebnisse stammt vom schwedischen Physiker Prof. Egor Babaev.

Lange Suche nach Supraleitung bei Zimmertemperatur

Entdecker der Supraleitung war der niederländische Physiker Heike Kamerlingh Onnes. Er kühlte 1911 Quecksilber mit flüssigem Helium bis nahe an den absoluten Temperatur-Nullpunkt herunter und bemerkte dabei, dass an diesem Punkt jeglicher elektrischer Widerstand schlagartig zusammenbrach. Als „heiliger Gral“ der Supraleitforscher gilt seither das Ziel, Stromleiter zu finden, die nicht nur tiefgekühlt, sondern auch bei Zimmertemperatur elektrische Energie verlustfrei übertragen. Bisher ist es immerhin schon gelungen, die Temperaturschwelle für Supraleitung immer mehr nach oben zu verschieben. Quantenphysiker hoffen darauf, dass sie künftig Hochtemperatur-Supraleiter designen können, wenn sie erst mal die Mechanismen hinter der Supraleitung alle richtig verstanden haben.

An der jüngsten Entdeckung waren die TU Dresden, die Uni Würzburg, das Royal Institute of Technology in Stockholm, das Schweizer Paul-Scherrer-Institut in Villigen, das Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung (IFW) in Dresden, das Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf und das AIST-Institut in Tsukuba in Japan beteiligt.

Autor: Heiko Weckbrodt

Quelle: TUD

Wissenschaftliche Publikation:

State with spontaneously broken time-reversal symmetry above the superconducting phase transition, Grinenko et al., Nature Physics (2021) https://doi.org/10.1038/s41567-021-01350-9

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