Wissenschaftler lösen Rätsel um Hochtemperatur-Supraleiter

Die Ergebnisse liefern wichtige Belege zu zwei zentralen Fragen bei Hoch-TC-Nickelaten: „Symmetrie des supraleitenden Gaps" und „Paarungsmechanismus der Supraleitung".

Die Studie wurde Universität für Wissenschaft und Technologie Chinas (USTC), einer Einrichtung der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, geleitet und wurde Zusammenarbeit mit Teams unter der Leitung Chen Südkinesischen Universität für Wissenschaft und Technologie (SUSTech) durchgeführt. Es wurde am 21. Mai 2026 in der Zeitschrift Science veröffentlicht.

Suche nach dem supraleitenden Gap. Supraleitung, 1911 entdeckt, ist bekannt für ihre ungewöhnlichen elektromagnetischen Eigenschaften und hat sich zu einem zentralen Forschungsschwerpunkt der Physik entwickelt.

Was die Studie zeigt

Laufe des vergangenen Jahrhunderts haben Wissenschaftler kupferbasierte und eisenbasierte Hoch-Tc-Supraleiter entdeckt, doch der Mechanismus hinter der Hoch-Tc-Supraleitung ist nach wie vor nicht vollständig verstanden. Nickelbasierte Hoch-Tc-Supraleiter (Nickelate) bieten einen neuen Ansatz, um dieses Problem zu untersuchen.

Bei Hoch-Tc-Supraleitern gilt die „Symmetrie des supraleitenden Gaps" als entscheidender Hinweis darauf, wie Supraleitung funktioniert. Eine besonders wichtige Frage ist, ob das supraleitende Gap in der Impulsräume „Knoten" (Punkte, an denen das supraleitende Gap null ist) aufweist.

Mit Winkelauflösender Photoemissionsspektroskopie (ARPES) untersuchte das Team dünnfilmige Ruddlesden-Popper-Bilayer-Nickelat-Supraleiter. In der gesamten Impulsraum-Analyse wurden keine Lücken-Knoten gefunden; dieses Ergebnis ist mit einer s-Welle-(s±)-Symmetrie des supraleitenden Gaps vereinbar.

Was die Studie zeigt

Nachweis der Elektron-Boson-Kopplung Eine weitere zentrale Frage besteht darin, wie Hoch-Tc-Supraleitern „Elektronenpaare" entstehen. Theoretisch können Elektronen durch „Elektron-Boson-Kopplung" paaren. Die Forscher beobachteten eine Dispersions-Knickstelle etwa 70 meV unterhalb des Fermi-Niveaus, die als „Fingerabdruck" der Elektron-Boson-Kopplung gilt.

Dies liefert wichtige Hinweise zum Verständnis des Paarungsmechanismus der Elektronen. In der Zusammenarbeit übernahm das Team der SUSTech das Wachstum der Dünnschichten, während das Team der USTC die Messungen der elektronischen Struktur durchführte.

Um einen Sauerstoffverlust während des Transfers der Proben zu vermeiden, entwickelten die Forscher ein Verfahren, das auf einer mit flüssigem Stickstoff gekühlten Ultra-Hochvakuum-Technik zur schnellen Abkühlung und zum Transfer basiert. Dieser Ansatz ermöglichte den erfolgreichen Transport der Proben machte die Experimente erst möglich.

Knotenloser supraleitender Energielücke und Elektron-Boson-Kopplung in (La,Pr,Sm)3Ni2O7-Filmen, Guangdi Zhou, Miao, Peng Li, Zhipeng Ou, Yaqi Chen, Zechao Wang, Runqing Luan, Hongxu Sun, Zikun Feng, Xinru Yong, Yueying Li, Lizhi Xu, Wei Lv, Zihao Nie, Heng Wang, Haoliang Huang, Yu-Jie Sun, Qi-Kun Xue, Junfeng He und Zhuoyu Chen, 21. Mai 2026, Science.