Vorhersage neuartiger Supraleiter

Supraleitung ist ein bemerkenswertes quantenmechanisches Phänomen, bei dem bestimmte Materialien keinen elektrischen Widerstand aufweisen und Magnetfelder ausstoßen, wenn sie unter eine charakteristische Temperatur abgekühlt werden, die als kritische Temperatur bezeichnet wird. Dieses Phänomen wurde 1911 von Heike Kamerlingh Onnes entdeckt und widerspricht dem gewöhnlichen Materialverhalten, das bei normalen Metallen und Legierungen zu finden ist.

Trotz der frühen Entdeckung brauchte die Physik 46 Jahre, um eine mikroskopische Erklärung für die experimentelle Beobachtung zu finden, die Bardeen-Cooper-Schrieffer (BCS) Theorie. In dieser Theorie überwinden Elektronen ihre Coulomb-Abstoßung aufgrund einer Anziehungskraft im Material und bilden Paare, die sich zu einem supraleitenden Materiezustand verdichten. Diese Leistung auf dem Gebiet der theoretischen Festkörperphysik wurde 1972 mit dem Nobelpreis ausgezeichnet.

Im Bereich der Supraleitung sind jedoch noch viele Fragen offen. Zum Beispiel gehen aktuelle Theorien von einer Anziehungskraft aus, die nur auf sehr kurzen Längenskalen wirkt, um die Berechnung zu erleichtern. Aber diese Ad-hoc-Annahme ist in realen Materialien oft nicht gerechtfertigt. Gemeinsam mit einer Gruppe von Mathematikern und Physikern der Universität des Saarlandes, der TU Eindhoven und des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt untersuchte Jun.-Prof. Benedikt Fauseweh nun, wie sich langreichweitige Wechselwirkungen auf die BCS-Theorie auswirken. Sie zeigten, dass eine verallgemeinerte BCS-Theorie den Effekt dieser langreichweitigen Wechselwirkungen erklären kann. Noch wichtiger ist, dass sie bei der Untersuchung des so berechneten neuen Phasendiagramms eine bisher unbekannte, supraleitende Phase fanden, die für zukünftige Quantencomputer nützlich sein könnte.

Ihre Entdeckung beschreiben sie nun in einem populärwissenschaftlichen Artikel in der Zeitschrift Spektrum der Wissenschaft.