Schienen für Supraleiter-Wirbel: Atomare Stufen lenken magnetische Flusswirbel
Forschende in Japan zeigen: Nur ein Atom hohe Stufen in einem ultradünnen Supraleiter führen magnetische Wirbel wie Schienen – entlang der Stufen bewegen sie sich über 1.000-mal leichter.
Archivbild · Foto: Syced / Wikimedia Commons, CC0 (zugeschnitten und skaliert)
Ein Team um Takashi Uchihashi vom Forschungszentrum MANA des japanischen National Institute for Materials Science (NIMS) hat einen ultradünnen Supraleiter untersucht, dessen Oberfläche regelmäßig angeordnete, nur ein Atom hohe Stufen aufweist. Die Ergebnisse erschienen im Fachjournal Physical Review B (Band 114, Heft 5; DOI 10.1103/b2j3-xj19), ScienceDaily berichtete am 16. Oktober.
In Supraleiter dringen Magnetfelder in Form winziger Wirbel ein; bewegen sie sich, kann das elektrischen Widerstand erzeugen. Im untersuchten Material reihten sich die Wirbel – hier sogenannte Josephson-Wirbel – entlang der Stufen auf, wie Aufnahmen mit dem Rastertunnelmikroskop zeigten. Bei mittleren Magnetfeldern bewegten sie sich entlang der Stufen mehr als 1.000-mal leichter als quer dazu; zwischen etwa 0,10 und 0,20 Tesla flossen sie, ohne an Materialfehlern hängen zu bleiben. Bei den tiefsten Temperaturen bestimmte quantenmechanisches Tunneln die Bewegung.
Der Führungseffekt lässt sich laut Uchihashi einfach über Temperatur oder Magnetfeld einstellen. Langfristig könnte das helfen, supraleitende Elektronik sparsamer zu machen und die Bewegung von Wirbeln und Wärme in Bauteilen gezielt zu steuern. Bis zu praktischen Anwendungen ist laut Mitteilung aber noch weitere Entwicklung nötig.