Spontane Ströme im Supraleiter

Supraleitung weckt den Forscher­geist vieler theore­tischer und experi­men­teller Physiker, die daran arbeiten, die Gesetz­mäßig­keiten dahinter zu entdecken und zu erklären. Die intensive Forschung an Supra­leitern wird aber auch von der Möglich­keit neuer Anwendungen in der Energie- und Antriebs­technik getrieben. Besonderes Interesse zieht dabei das Material Strontium-Ruthenat auf sich, das bereits seit über 25 Jahren weltweit intensiv erforscht wird.

In Strontium-Ruthenat geht Supra­leitung einher mit spontanen Ring­strömen, die anders als normale Ströme in Metall­drähten oder Supra­ströme in konven­tio­nellen Supra­leitern als Eigen­schaft des Grund­zustands auftreten – vergleichbar mit der Elektronen­bewegung in Atom­orbitalen, im Supra­leiter aller­dings verursacht durch kollektive Bewegung vieler Elektronen. Da diese besondere Art der Supra­leitung mit spontanen Strömen auch für Quanten­computing relevant ist, könnte Strontium-Ruthenat für zukünftige Anwendungen der Supra­leitung bedeutsam sein.

Ein inter­natio­nales Forscher­team hat jetzt Myonen als Sonde verwendet, um diese subtilen elektrischen Ströme in supra­leitendem Strontium-Ruthenat anhand der resul­tie­renden Magnet­felder experi­mentell nach­zu­weisen. Dabei hat sich gezeigt, dass bei ein­achsigem Druck auf Strontium-Ruthenat die spontanen Ströme bei einer niedri­geren Temperatur einsetzen als die Supra­leitung. Mit anderen Worten, der Übergang spaltet sich in zwei Bereiche auf: erst Supra­leitung, dann spontane Ströme.

Eine solche Aufspaltung wurde bisher in keinem anderen Material nach­ge­wiesen, was eine neue Sicht auf die bis­herigen theore­tischen Modelle erfordert. Die Arbeit war nur möglich durch die tech­nische Ent­wick­lung einer einzig­artigen ein­achsigen Dehnungs­apparatur für Myonen-Spin­rotations­experimente.

Leibniz-IFW / RK

Weitere Infos

• Originalveröffentlichung
  V. Grinenko et al.: Split superconducting and time-reversal symmetry-breaking transitions in Sr₂RuO₄ under stress, Nat. Phys., online 4. März 2021; DOI: 10.1038/s41567-021-01182-7
• Institut für Festkörperforschung, Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung, Dresden