Erstaunlich: Supraleitung erzeugt magnetische Ordnung

Ein internationales Team von Wissenschaftlern um Physiker des Paul-Scherrer-Instituts entdeckt einen neuen Festkörperzustand, in dem Magnetismus durch Supraleitung hervorgerufen wird.

Villigen (Schweiz) - In einem Supraleiter durchqueren die Elektronen das Material im Formationsflug: In so genannten Cooper-Paaren ebnen sie sich gegenseitig den Weg zwischen den Atomen des Festkörpers, wodurch Strom verlustfrei transportiert wird. Magnetfelder konkurrieren mit diesem Phänomen, da sie die Elektronen zwingen, die Cooper-Paare wider aufzulösen. Bei großer Stärke führen angelegte Magnetfelder daher zum Zusammenbruch des supraleitenden Zustandes.

Wissenschaftler um Michel Kenzelmann vom Paul-Scherrer-Instituts (PSI) entdeckten in dem Supraleiter Zer-Kobalt-Indium eine überraschende Abhängigkeit des Magnetfelds von der Supraleitung. In dem neuartigen Zustand ordnet sich das Material magnetisch, aber nur solange es supraleitend ist. "Unsere Ergebnisse zeigen ganz eindeutig, dass die Supraleitung für das Entstehen dieses Magnetismus entscheidend ist. Die Studie wird helfen genauer zu verstehen, wie sich die Elektronenpaare in magnetischen Supraleitern überhaupt bilden“, so Michel Kenzelman.

Die Forscher kühlten einen Einkristall bestehend aus den Elementen Zer, Kobalt und Indium auf minus 273,1 Grad Celsius nahe an den absoluten Temperaturnullpunkt. Bei derartig tiefen Temperaturen frieren die Bewegungen der Kristallatome ein und die durchfliessenden Elektronen können sich zu Cooper-Paaren zusammenschliessen. Mit einem Neutronenstrahl wurden dann die inneren Vorgänge im Supraleiter untersucht, während das Material magnetischen Feldern ausgesetzt wurde.

Dabei haben die Forscher festgestellt, dass bei hohen magnetischen Feldern ein neuartiger supraleitender Zustand auftritt, der von magnetischer Ordnung begleitet und nicht zerstört wird. Diese Beobachtung legt nahe, dass hier überraschenderweise der Magnetismus von der Supraleitung begünstigt und stabilisiert wird. „Wir hoffen, dass dieses Wissen dann zukünftig für technologische Anwendungen genutzt werden kann", erklärt Kenzelmann.