Neu entdeckte Vortex-Struktur

Aus den Experimenten kann man Rückschlüsse auf die Paarbildung von Elektronen in magnetischen Supraleitern schließen. Laut Michel Kenzelmann, Wissenschaftler am Paul Scherrer Institut (PSI) und Professor an der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich (ETH Zürich), zeigen die Resultate eine fundamentale Verbindung zwischen Magnetismus und Supraleitung auf. "Unsere Beobachtungen bieten einen neuartigen Einblick in die exotischen Eigenschaften von magnetisch induzierter Supraleitung.

In ihren Experimenten kühlten die Forscher einen Einkristall bestehend aus den Elementen Cerium, Kobalt und Indium (CeCoIn5) auf minus 273.10 Grad ab. Bei derart niedrigen Temperaturen hören alle atomaren Bewegungen auf. Unter solchen Bedingungen schließen sich die Elektronen im verwendeten Material zu Paaren zusammen. Dadurch wird der supraleitende, elektrisch widerstandsfreie Zustand erreicht, der es ermöglicht, den Strom verlustfrei zu transportieren.

Durch magnetische Felder können die Elektronen-Paare zerstört und die Supraleitung aufgehoben werden. Deshalb werden Supraleiter gegen magnetische Felder abgeschirmt. Gelingt dies nicht vollständig, können elektrische Ringströme entstehen, die einen elektromagnetischen Wirbel, einen sogenannten Vortex, bilden. Sie wirken dem äußeren Feld entgegen und ordnen sich in einem regelmäßigen Gitter, einem Vortexgitter an.

Dieser Vorgang konnte jetzt auch beim Versuch mit CeCoIn5 beobachtet werden. Für die Forscher völlig überraschend war jedoch, dass die Vortex-Struktur in CeCoIn5 nicht nur aus elektrischen Ringströmen bestand. In ihrem Innern gab es zusätzlich magnetische Dipolmomente, die mit der Magnetfeldstärke grösser wurden. Wahrscheinlich, so die Forscher, hänge die neu entdeckte Vortex-Struktur direkt mit den starken Bewegungen der magnetischen Dipolmomente zusammen, die als "Leim" für die Elektronen dienen und dadurch zum supraleitenden Kondensat in CeCoIn5 führen.

COMPAMED.de; Quelle: Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (ETH Zürich)