Supraleitung: Materialien, die Vergangenheit und Zukunft unterscheiden können

Physik-News vom 18.05.2020


Physiker der TU Dresden haben einen spontan zeitlich stabilen magnetischen Zustand mit verletzter Zeitumkehr Symmetrie in der Materialklasse der eisenbasierten Supraleiter entdeckt. Aufgrund dieser einzigartigen Eigenschaft eignen sich diese Materialen besonders für die Anwendung in Quanten-Computern. Die Ergebnisse der Forschungsarbeit wurden kürzlich in der Fachzeitschrift Nature Physics veröffentlicht.

Was gestern war und was morgen sein wird, sind im Leben eines Menschen zwei unterschiedliche und größtenteils auch unabhängige Ereignisse. Vergangenheit und Zukunft des menschlichen Lebens verlaufen nicht symmetrisch und sind daher nicht umkehrbar. Anders verhält es sich in der Physik. Die fundamentalen Kräfte der Natur in Elementarteilchen, Atomen und Molekülen sind symmetrisch hinsichtlich ihre zeitlichen Entwicklung: vorwärts oder rückwärts macht keinen Unterschied, es handelt sich dabei um die sogenannte Zeitumkehr Symmetrie.


Supraleitung wie man sie kennt: Ein Magnet schwebt über einem mit flüssigem Stickstoff gekühlten Hoch­temperatursupraleiter (ca. −197 °C)

Publikation:


V. Grinenko , R. Sarkar, K. Kihou, C. H. Lee, I. Morozov, S. Aswartham, B. Büchner, P. Chekhonin, W. Skrotzki, K. Nenkov, R. Hühne, K. Nielsch, S. -L. Drechsler, V. L. Vadimov, M. A. Silaev, P. A. Volkov, I. Eremin, H. Luetkens, and H.-H. Klauss
Superconductivity with broken time-reversal symmetry inside a superconducting s-wave state
Nature Physics

DOI: 10.1038/s41567-020-0886-9



Diese Symmetrie galt lange auch für Supraleiter. Supraleiter sind eine Materialklasse, die bei tiefen Temperaturen verlustfrei elektrische Ströme leiten. Sie können sehr effizient starke Magnetfelder erzeugen und werden daher zum Beispiel in Magnetresonanztomographen (MRT) beim Radiologen eingesetzt. Etwa 99% aller bisher bekannten supraleitenden Materialien sind zeitumkehr-symmetrisch. Seit einigen Jahren jedoch entdecken Physikerteams neue Supraleiter, die sich nicht zeitumkehr-symmetrisch verhalten.

Um diese Beobachtung erklären zu können, musste der seit über 75 Jahren bekannte Mechanismus der Supraleitung in wichtigen Teilen neu durchdacht werden. Die neuartigen Supraleiter können spontan zeitlich stabile Magnetfelder in ihrem Inneren aufbauen, die sie für Anwendungen in einem Quantencomputer interessant machen.

Ein internationales Forscherteam unter der Leitung von Dr. Vadim Grinenko und Prof. Hans-Henning Klauss von der TU Dresden entdeckte nun erstmals diesen neuartigen magnetischen Zustand mit verletzter Zeitumkehr Symmetrie in der Materialklasse der eisenbasierten Supraleiter. Diese Materialen erweisen sich als vielseitige intermetallische Verbindungen, die technologisch vergleichsweise einfach herzustellen sind und deshalb ein hohes Anwendungspotenzial haben.


Die News der letzten 14 Tage 8 Meldungen

28.11.2022
Elektrodynamik | Festkörperphysik
Wie man Materialien durchschießt, ohne etwas kaputt zu machen
Wenn man geladene Teilchen durch ultradünne Materialschichten schießt, entstehen manchmal spektakuläre Mikro-Explosionen, manchmal bleibt das Material fast unversehrt.
25.11.2022
Sonnensysteme | Astrophysik
Im dynamischen Netz der Sonnenkorona
In der mittleren Korona der Sonne entdeckt ein Forscherteam netzartige, dynamische Plasmastrukturen – und einen wichtigen Hinweis auf den Antrieb des Sonnenwindes.
25.11.2022
Exoplaneten | Astrophysik
Rätselraten um einen jungen Exo-Gasriesen
Eine Foschergruppe hat einen Super-Jupiter um den sonnenähnlichen Stern HD 114082 entdeckt, der mit einem Alter von 15 Millionen Jahren der jüngste Exoplanet seiner Art ist.
24.11.2022
Teilchenphysik | Festkörperphysik | Quantenphysik
Spin-Korrelation zwischen gepaarten Elektronen nachgewiesen
Physiker haben erstmals experimentell belegt, dass es eine negative Korrelation gibt zwischen den beiden Spins eines verschränkten Elektronenpaares aus einem Supraleiter.
23.11.2022
Festkörperphysik | Quantenoptik
Lichtstrahlen beim Erlöschen zusehen
Ein Forschungsteam konnte erstmals messen, wie das Licht eines Leuchtzentrums in einem Nanodraht nach dessen Anregung durch einen Röntgenpuls abklingt.
22.11.2022
Exoplaneten | Teleskope
Weltraumteleskop JWST: Neues von den Atmospären von Exoplaneten
Beobachtungen des Exoplaneten WASP-39b mit dem James-Webb-Weltraumteleskop (JWST) haben eine Fülle von Informationen über die Atmosphäre des Planeten geliefert.
22.11.2022
Festkörperphysik | Physikdidaktik
Chemielehrbücher: Es gibt keine Kohlensäure - Falsch!
Die Existenz von Kohlensäure war in der Wissenschaft lange umstritten: theoretisch existent, praktisch kaum nachweisbar, denn an der Erdoberfläche zerfällt die Verbindung.

Mehr zu den Themen

04.07.2019
Thermodynamik | Festkörperphysik

Abstimmung der Energieniveaus von organischen Halbleitern
Physiker des Dresden Integrated Center for Applied Physics and Photonic Materials (IAPP) und des Center for Advancing Electronics Dresden (cfaed) der TU Dresden konnten gemeinsam mit Forschern aus Tübingen, Potsdam und Mainz zeigen, wie elektronische Energien in organischen Halbleiterfilmen durch elektrostatische Kräfte eingestellt werden können.
21.04.2022
Festkörperphysik | Klassische Mechanik | Quantenoptik

Licht-Motoren für Mikrodrohnen
Mikrometergroße Drohnen nur mit Licht anzutreiben und präzise zu steuern: Das ist Physikern der Universität Würzburg erstmals gelungen.
15.06.2021
Festkörperphysik | Quantenoptik

Ultrakurze Verzögerung
Trifft Licht auf Materie geht das an deren Elektronen nicht spurlos vorüber.
10.08.2020
Elektrodynamik | Festkörperphysik | Teilchenphysik

Stark lichtabsorbierendes und regelbares Material entwickelt
Physiker der Universität Basel haben durch die Schichtung verschiedener zweidimensionaler Materialien eine neue Struktur geschaffen, die Licht einer wählbaren Wellenlänge fast vollständig absorbiert.
15.02.2021
Festkörperphysik | Teilchenphysik

Dualer Charakter von Exzitonen im ultraschnellen Regime: atomartig oder festkörperartig?
Exzitonen sind Quasiteilchen, die Energie durch feste Stoffe transportieren können.
06.11.2019
Elektrodynamik | Festkörperphysik

Auf dem Weg zu intelligenten Mikrorobotern
Forschende des Paul Scherrer Instituts PSI und der ETH Zürich haben eine Mikromaschine entwickelt, die unterschiedliche Aktionen ausführen kann.
24.03.2020
Festkörperphysik

Mehr Leistung für Hochfrequenzanwendungen: GaN-Hochfrequenztransistoren erreichen Rekord-Effizienz bei 100 Volt
Forschern am Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik IAF ist es gelungen, die Ausgangsleistung ihrer GaN-basierten Hochfrequenztransistoren für den Frequenzbereich von 1 - 2 GHz erheblich zu steigern: Sie haben die Betriebsspannung der Bauelemente von 50 Volt auf 100 Volt verdoppeln können und damit einen Leistungswirkungsgrad von 77,3 Prozent erreicht.
24.10.2018
Elektrodynamik | Festkörperphysik

Erste elektronische Autobahnen auf der Nanoskala
Internationale Forschungskooperation: Die gezielte Funktionalisierung von kohlenstoff-basierten Nanostrukturen erlaubt es erstmals, Strompfade direkt abzubilden und eröffnet dabei Wege für neuartige Quantenbauelemente.
22.09.2020
Astrophysik | Festkörperphysik

Gefangenes Wasser auf Sternenstaub
Astrophysiker der Uni Jena beweisen, dass Staubpartikel im All mit Eis vermischt sind.
11.05.2018
Festkörperphysik | Teilchenphysik

Physiker haben den Dreh mit den zweidimensionalen Kristallen raus
Regensburger Physiker untersuchen in einem internationalen Team atomar dünne Heterostrukturen.
30.07.2020
Festkörperphysik

Maßgeschneiderte Nanopartikel
Sogenannte Core-Shell-Cluster ebnen den Weg für neue effiziente Nanomaterialien, die Katalysatoren, Magnet- und Lasersensoren oder Messgeräte zum Aufspüren von elektromagnetischer Strahlung effizienter machen.
24.09.2018
Festkörperphysik

Forscher untersuchten Wechselwirkungen in künstlichen Systemen
Wissenschaftler der Universitäten in Leipzig und Princeton haben in Experimenten herausgefunden, wie durch Informationsaustausch zwischen einzelnen Objekten neue Strukturen mit besonderen Eigenschaften entstehen können.
10.02.2020
Festkörperphysik | Quantencomputer

Quantentechnologien: Neue Einblicke in supraleitende Vorgänge
Supraleiter gelten als vielversprechende Bauteile für Quantencomputer, funktionieren bisher jedoch nur bei sehr niedrigen Temperaturen.
09.10.2018
Astrophysik | Festkörperphysik

Der Zusammensetzung von Planeten auf der Spur
UZH-Forschende haben statistisch die Zusammensetzung und Struktur von weit entfernten Exoplaneten samt ihrer Atmosphären analysiert.
10.04.2018
Festkörperphysik

Neue Methode für Einblicke in Wechselwirkungen zwischen Molekülen / Atomar definierte Mess-Spitze
Nanowissenschaftler der WWU zeigen nun in einer im Fachmagazin „Nature Nanotechnology“ veröffentlichten Studie, wie die Strukturen organischer Moleküle mit ungeahnter Genauigkeit sichtbar gemacht werden können.
13.02.2020
Elektrodynamik | Festkörperphysik | Quantenoptik

Forschenden gelang es erstmals, das elektrische Feld eines Attosekunden-Impulses zeitlich zu gestalten
Chemische Reaktionen werden auf ihrer grundlegendsten Ebene von ihrer jeweiligen elektronischen Struktur und Dynamik bestimmt.
02.07.2018
Festkörperphysik

Saubere Abgase dank Schwamm-Struktur
Forschende des Paul Scherrer Instituts PSI in Villigen haben einen neuen Katalysator für die Reinigung von Abgasen aus Erdgasmotoren entwickelt.
09.09.2019
Festkörperphysik

Stuttgarter Physiker weisen erstmals zweifelsfrei einen Suprafestkörper nach
Suprafestkörper (im englischen supersolids) beschreiben einen Aggregatszustand, den man vereinfacht als fest und flüssig zugleich beschreiben kann.
28.01.2021
Festkörperphysik | Plasmaphysik

Mit Künstlicher Intelligenz warme dichte Materie verstehen
Die Erforschung warmer dichter Materie liefert Einblicke in das Innere von Riesenplaneten, braunen Zwergen und Neutronensternen.
26.11.2018
Elektrodynamik | Festkörperphysik

Thermoelektrische Kühlung wird fit für die Mikrotechnologie
Wissenschaftler des Leibniz-Instituts für Festkörper- und Werkstoffforschung haben die Herstellung thermoelektrischer Bauelemente deutlich verbessert, so dass sie schnell, zuverlässig und in Mikrochips integrierbar sind.
08.02.2021
Festkörperphysik | Optik

Optischer Schalter für Nanolicht
Forscherinnen und Forscher in Hamburg und den USA haben einen neuartigen Weg für die Programmierung eines Schichtkristalls entwickelt, der bahnbrechende Abbildungsfähigkeiten erzeugt.
08.11.2018
Festkörperphysik | Teilchenphysik

«Synchronisiertes» Licht
Wenn Fotoemitter miteinander kooperieren, dann strahlen sie gleichzeitig, ein Phänomen, das als Superfluoreszenz bekannt ist.
22.09.2022
Festkörperphysik | Quantenphysik | Teilchenphysik

Kernstück für einen skalierbaren Quantencomputer
Millionen von Quantenbits sind nötig, damit Quantencomputer sich in der Praxis als nützlich erweisen, die sogenannte Skalierbarkeit gilt als eine der größten Herausforderungen bei der Entwicklung.
04.11.2020
Festkörperphysik | Teilchenphysik

Neue Einblicke in die Entstehung und den Zerfall atomarer Cluster
Atomare Cluster sind Ansammlungen von wenigen Atomen des gleichen Elementes oder auch von Atomen weniger unterschiedlicher Elemente. Unter welchen Bedingungen bilden sich atomare Cluster?
19.09.2019
Elektrodynamik | Festkörperphysik

Flüssigkristalline „Stromkabel“
Forscher der JGU synthetisieren neue Flüssigkristalle, die Strom gerichtet leiten können.
22.04.2020
Elektrodynamik | Festkörperphysik | Quantenphysik

Studie zum Quantenphasen-Übergang im Josephson-Kontakt
Ein deutsch-französisches Forscherteam hat den Stromfluss von Cooper-Elektronenpaaren in Josephson-Kontakten untersucht.
20.06.2018
Elektrodynamik | Festkörperphysik

Radar verschafft Durchblick in der Robotik
Mit seiner Radar-on-Chip-Technologie hat das Fraunhofer FHR die Vorteile von Radar nun auch für die Robotik nutzbar gemacht und das im EU-Projekt Smokebot bewiesen.
24.02.2020
Elektrodynamik | Festkörperphysik

Kurzfilm eines magnetischen Nanowirbels
Erstmals haben Forschende am Paul Scherrer Institut PSI einen «3-D-Film» von magnetischen Vorgängen im Nanometerbereich aufgenommen.
03.09.2018
Festkörperphysik

Clevere Kombination von harten und weichen Materialien verbessert die Haftung auf rauen Oberflächen
Wenn Bauteile in der Industrie rückstandslos hin und her bewegt werden, ist Haftung im Spiel.
16.04.2018
Festkörperphysik

Echtzeit Schichtdickenmessung mit Terahertz
Terahertz ist eine Schlüsseltechnik für die zerstörungsfreie Werkstoffprüfung.
05.10.2021
Festkörperphysik | Quantenphysik

Neue Art von Magnetismus in Kult-Material entdeckt
Ein internationales Wissenschaftsteam macht eine wegweisende Entdeckung in Strontiumruthenat.
08.05.2019
Festkörperphysik | Quantenoptik

Experimenteller Meilenstein: Lichtbasierter Computerchip funktioniert ähnlich wie das Gehirn
Einem internationalen Forscherteam der Universitäten Münster, Oxford und Exeter ist die Entwicklung einer Hardware gelungen, die den Weg in Richtung hirnähnliche Computer ebnen könnte: Die Nanowissenschaftler haben einen Chip hergestellt, auf dem sich ein Netz aus künstlichen Neuronen und Synapsen erstreckt, das in der Lage ist, Informationen zu „lernen“ und auf Basis dessen zu rechnen.
10.07.2018
Festkörperphysik

Der perfekte Terahertz-Strahl – mit dem 3D-Drucker
An der TU Wien ist es gelungen, Terahertz-Strahlen nach Belieben zu formen.
21.04.2022
Festkörperphysik | Quantenphysik | Teilchenphysik

Das Rätsel ultrakurzer Solitonen-Moleküle
Stabile Pakete von Lichtwellen – sogenannte optische Solitonen – werden in Ultrakurzpuls-Lasern als eine Kette von Lichtblitzen ausgestrahlt.
23.09.2019
Festkörperphysik

Wie man effiziente Materialien für OLED-Displays entwickelt
Für Anwendungen wie Leuchtdioden oder Solarzellen stehen heute organische Materialien im Mittelpunkt der Forschung.
30.07.2018
Festkörperphysik

Einzelne Silber-Nanopartikel in Echtzeit beobachtet
Chemikerinnen und Chemiker der Ruhr-Universität Bochum haben eine neue Methode entwickelt, um in Echtzeit die chemischen Reaktionen von einzelnen Silber-Nanopartikeln zu beobachten, die gerade einmal ein Tausendstel der Dicke eines menschlichen Haares messen.
06.04.2018
Festkörperphysik | Quantenoptik

Winzige Strukturen – große Wirkung
Materialwissenschaftler der Universität Jena gestalten Oberfläche winziger, gekrümmter Kohlenstofffasern durch Laserstrukturierung.
09.02.2021
Festkörperphysik

Weltweit erste Videoaufnahme eines Raum-Zeit-Kristalls gelungen
Einem Forschungsteam ist der Versuch gelungen, bei Raumtemperatur einen Mikrometer großen Raum-Zeit-Kristall aus Magnonen entstehen zu lassen.
14.06.2021
Festkörperphysik | Quantenphysik

Isolatoren bringen Quantenbits zum Schwitzen
Schwachleitende oder nichtleitende Materialien haben Innsbrucker Physiker als wichtige Quelle für Störungen in Ionenfallen-Quantencomputern identifiziert.
27.12.2021
Elektrodynamik | Festkörperphysik

Sp­lish Splash im He­li­um­bad
Bei der Arbeit mit Helium-Nanotröpfchen sind Wissenschaftler auf ein überraschendes Phänomen gestoßen: Treffen die ultrakalten Tröpfchen auf eine harte Oberfläche, verhalten sie sich wie Wassertropfen.
20.09.2022
Festkörperphysik | Quantenphysik

Neue Quantenmaterialien am Computer entworfen
Eine neues Designprinzip kann nun die Eigenschaften von bisher kaum erforschbaren Quantenmaterialien vorhersagen.
02.10.2019
Festkörperphysik | Quantenoptik

Viele Varianten führen zu weißem Laserlicht
Gute Ausstrahlung kommt nicht von alleine: Neuartige Halbleiterverbindungen eignen sich dazu, gerichtetes weißes Licht zu erzeugen, wenn ihre Seitengruppen eine ausreichende Elektronendichte aufweisen.
19.01.2022
Festkörperphysik

Mit Physik mehr Bier im Glas
Ist Schaum in der Badewanne oder auf dem Bier durchaus gewünscht, ist die Vermeidung von Schaum – beispielsweise in industriellen Prozessen – ein viel diskutiertes Thema.
25.07.2018
Elektrodynamik | Festkörperphysik

Was passiert in einer Solarzelle, wenn das Licht ausgeht
Was in einer Solarzelle passiert, wenn das Licht ausgeht, hängt stark vom verwendeten Material ab.
31.07.2018
Festkörperphysik

Ein elastischer Lufthauch
Superflexible Aerogele als hocheffiziente Absorber, Wärmeisolatoren und Drucksensoren.
06.10.2021
Elektrodynamik | Festkörperphysik

Forschungsteam beobachtet eigenes Magnetfeld bei Doppellagen-Graphen
Normalerweise hängt der elektrische Widerstand eines Materials stark von dessen Abmessungen und elementarer Beschaffenheit ab.
13.11.2018
Festkörperphysik

Optimierung von Legierungswerkstoffen: Diffusionsvorgänge in Nanoteilchen entschlüsselt
Ein Forschungsteam der TU Graz entdeckt atomar ablaufende Prozesse, die neue Ansätze zur Verbesserung von Materialeigenschaften liefern.
29.01.2020
Festkörperphysik

Unerwartetes Materialverhalten: Vom 2D-Kristall zum 1D-Draht
Kein Volumen, nicht einmal Fläche: Ein eindimensionales Material ist wie ein Draht und hat Eigenschaften, die ganz anders sind als bei seiner 3D-Variante.
11.04.2018
Festkörperphysik

Waldbrände in Kanada sorgen für stärkste jemals gemessene Trübung der Stratosphäre über Europa
Waldbrände können die Sonneneinstrahlung in der oberen Atmosphäre noch stärker trüben als Vulkanausbrüche.
17.09.2018
Festkörperphysik

Patentierte Nanostruktur für Solarzellen: Raue Optik, glatte Oberfläche
Kristalline Dünnschichtsolarzellen aus Silizium sind preisgünstig und schaffen Wirkungsgrade von gut 14 Prozent.