Neues Quantenmaterial schaltet Supraleitung bei 70 Tesla wieder ein

In den meisten Fällen zerstören starke Magnetfelder die Supraleitung. UTe2 verliert jedoch zunächst seinen supraleitenden Zustand bei Magnetfeldern 10 Tesla (mehr als dreimal so stark wie die in den meisten MRT-Geräten verwendeten), um dann unter weitaus stärkeren Magnetfeldern zwischen 40 und 70 Tesla wieder mysteriös den Widerstandslosen Stromfluss zu erlangen. Ein einzelnes Tesla kann ein Auto in einem Schrottplatz heben.

Die Quantenphysik widerlegend: Wissenschaftler am Institut für Wissenschaft und Technologie Österreich (ISTA), das sich in Klosterneuburg befindet, führten umfangreiche Studien am Material UTe2 durch. Sie zeigten, dass sie möglicherweise endlich verstanden haben, was dieses sogenannte „re-entrant-Supraleitung" verursacht.

Kimberly Modic, PhD, Assistenzprofessorin am Institut, sagte, Forscher hätten lange geglaubt, dass Magnetismus eine entscheidende Rolle bei der unkonventionellen Supraleitung spielt. „Aber das Problem ist, dass UTe2 nicht magnetisch ist", fügte sie hinzu. „Auf den ersten Blick ist nicht sofort ersichtlich, warum dieses Material einen solchen besonderen supraleitenden Zustand aufweist." UTe2 weist einen versteckten Zustand ohne elektrischen Widerstand auf, der bei extrem hohen Magnetfeldern auftritt, nachdem das Material bei niedrigeren Feldstärken seine ursprüngliche Supraleitung verloren hat.

Quelle: ISTAT, um zu verstehen, wie

Quelle: ISTAT, um zu verstehen, wie diese ungewöhnliche Supraleitung in UTe2 entsteht, untersuchten die Wissenschaftler das Material, bevor die reentrant Supraleitung unter extremen Magnetfeldern auftrat.

Mittels Anlagen zur Impulsfeldtechnik brachten sie Proben in Kontakt mit schnellen Magnetfeldspitzen 60 Tesla innerhalb, Doktorandin und Erstautorin der Studie, erklärte, dass das Team feststellen wollte, ob magnetische Fluktuationen innerhalb des Materials die Hochfeld-Supraleitung erklären könnten.

Sie entwickelten ein Verfahren, um Proben unter extremen Magnetfeldern mittels einer kontrollierten mechanischen „Wackelbewegung" zu untersuchen.

In der Praxis, so Zambra, platzierten

In der Praxis, so Zambra, platzierten sie die Probe auf einem federnden Stab, um sie im Magnetfeld zu manipulieren und zu schwingen. „Aus Sicht des Kristalls lässt die Schwingung den Magnetfeldvektor zeitlich oszillieren erscheinen, was eine schnelle Überprüfung der Magnetisierung unter diesem sich ändernden Feld ermöglicht." Dieses Verfahren ermöglichte den Forschern, die transversale magnetische Suszeptibilität unter zuvor unzugänglichen Bedingungen zu messen.

So entdeckten sie einen Bereich starker transversaler magnetischer Suszeptibilität in UTe2, der als Bindungskraft für Elektronen wirkt und zur Erklärung der Hochfeld-Supraleitung beiträgt. Die Forscher betonten, dass die Arbeit nicht nur für das Verständnis von UTe2 selbst, sondern auch neue Wege zur Erforschung exotischer Quantenmaterialien eröffnet.

Unter Verwendung, die kleiner als ein Kristallkörner Salz sind, gelang es ihnen, nahezu fehlerfreie Bereiche von UTe2 zu vermessen. Valeska Zambra, eine Doktorandin und erste Autorin der Studie, untersucht eine Probe. Bildnachweis: ISTA.

Zudem entwickelten sie Verfahren zur Herstellung

Zudem entwickelten sie Verfahren zur Herstellung und präzisen Integration dieser winzigen Proben in das Experiment. „Das Vermessen kleiner Proben, die etwa so dick sind wie ein menschliches Haar, ist besonders herausfordernd, doch genau dies ist unser Spezialgebiet," betonte Modic. Hochfeldlabore haben sich bereits an das ISTA-Team gewandt, um die neue Messmethode für ihre eigenen Experimente zu übernehmen.

Modic wies darauf hin, dass UTe2 möglicherweise eine bisher unbekannte Form der Supraleitung aufweist. „Obwohl es andere unkonventionelle Supraleiter gibt, lässt der Begriff ‚unkonventionell' bei UTe2 fast wie eine Untertreibung klingen," schloss sie in einer Pressemitteilung. Die Studie wurde im Fachjournal Nature Communications veröffentlicht.