Zwei Supraleiter in einem einzelnen Material
Eines der am häufigsten untersuchten supraleitenden Materialien verhält sich anders als bislang angenommen.
Laut einer Studie eines Forschungsteams der Hebräischen Universität Jerusalem (HU) verhielt sich Niobdiselenid (NbSe₂), ein zweidimensionales, schichtförmiges anorganisches Nanomaterial, nicht wie ein einfacher Supraleiter. Stattdessen verbarg es zwei verschiedene supraleitende Ordnungen, die so stark miteinander wechselwirken, dass sie als eine einzige erscheinen. Das gleiche verborgene Verhalten wurde auch bei einem anderen, eng verwandten Material, TaS₂, festgestellt.
„Es ist ein bisschen so, als würde man jemandem zuhören, der wie ein Solosänger klingt, nur um dann festzustellen, dass es sich tatsächlich um ein perfekt synchronisiertes Duett handelt“, so das Forschungsteam unter der Leitung des Doktoranden Shahar Simon und der Masterstudentin Maya Klang unter der Betreuung von Oded Millo und Hadar Steinberg vom Racah-Institut für Physik und dem Zentrum für Nanowissenschaften und Nanotechnologie der HU.
Seit Jahrzehnten untersuchen Physiker:innen Supraleiter, bisherige Experimente konnten jedoch die detaillierte Form des supraleitenden Energiespektrums mithilfe herkömmlicher Theorien nicht vollständig erklären. Durch die Anwendung eines ausgefeilteren Modells, das zwei unterschiedliche supraleitende Ordnungen berücksichtigt, gelang es dem HU-Team, nicht nur die experimentellen Messungen genau zu erklären, sondern auch, wie diese Materialien reagieren, wenn sie Magnetfeldern ausgesetzt werden.
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Anhand äußerst empfindlicher Messungen mittels Tunnelspektroskopie deuteten die Experimente darauf hin, dass sich das Material wie ein Supraleiter mit einer einzigen Energielücke verhielt – ein grundlegendes Kennzeichen dafür, wie sich Elektronen paarweise anordnen, um widerstandsfrei zu fließen.
Wie Ergebnisse zudem nahelegen, enthält die dreideimensionale Variante von Niobselenid möglicherweise drei miteinander wechselwirkende supraleitende Ordnungen, was ein noch umfassenderes Bild davon liefert, wie Supraleitung in diesen Materialien funktioniert.
Das Verständnis dieser verborgenen Komplexität könnte Wissenschaftlern helfen, zukünftige supraleitende Bauelemente mit größerer Präzision zu entwerfen und zu entwickeln. Da Forscher an Technologien wie Quantencomputern und hocheffizienten elektronischen Bauelementen arbeiten, wird es immer wichtiger, genau zu wissen, wie sich Elektronen im Inneren dieser Materialien verhalten. [HUJI / dre]
