Dank neuer unkonventioneller Schnittstelle kommen Hochtemperatur-Supraleiter der Realität immer näher

Ein Forscherteam hat eine einzigartige Schnittstelle zwischen einem Supraleiter (Material, das bei niedrigen Temperaturen keinen elektrischen Widerstand aufweist) und einem chiralen Material entwickelt. Die neue Schnittstelle erzeugt ein deutlich verstärktes Zeeman-Feld – ein Magnetfeld, das den Spin von Elektronen beeinflusst. Die Technologie könnte der Schlüssel für neue und innovative Anwendungen in Bereichen wie Elektronik, Energie und vor allem Quantencomputing sein.

Das neuartige supraleitende Material kombiniert einen herkömmlichen Supraleiter mit einem Material, das eine starke Spin-Bahn-Kopplung aufweist. Diese Wechselwirkung, die aus der Kopplung zwischen dem Spin eines Elektrons und seiner Umlaufbewegung entsteht, hat nachweislich einen starken Einfluss auf die Eigenschaften supraleitender Materialien. Die Grenzfläche induziert Spinpolarisation an der Supraleiteroberfläche und erzeugt Quasiteilchenzustände magnetischen Ursprungs.

Quasiteilchenzustände sind nun solche, die gezielt durch Magnetfelder beeinflusst werden. Diese Zustände können in Materialien auftreten, in denen die Wechselwirkungen zwischen Elektronen und Magnetfeldern stark sind. Die Effekte hängen mit dem Konzept der chiralitätsinduzierten Spinselektivität (CISS) zusammen, bei dem die strukturelle Chiralität eines Materials den Spin und den Bahndrehimpuls seiner Elektronen beeinflusst. CISS ist für die Entwicklung supraleitender Spintronik und topologischer Supraleitung von entscheidender Bedeutung, da es eine Möglichkeit bietet, den Spin von Elektronen in supraleitenden Materialien zu steuern.

Durch die Entwicklung der Schnittstelle zwischen diesen beiden Materialien konnten die Forscher die supraleitenden Eigenschaften verbessern. Das resultierende Material zeigte außerdem eine deutlich höhere Toleranz gegenüber Magnetfeldern, was an sich schon ein entscheidender Faktor für viele praktische Anwendungen ist. Beispielsweise kann damit die Dekohärenz beseitigt werden, die auftritt, wenn ein Quantensystem mit seiner Umgebung interagiert.

Die Auswirkungen? Diese neue Technologie kann zur Entwicklung von Hochtemperatursupraleitern beitragen, die bei Temperaturen arbeiten, die näher an den Umgebungsbedingungen liegen. Es ist wichtig zu beachten, dass bestehende Supraleiter nur bei extrem niedrigen Temperaturen funktionieren. Wenn die Temperaturen so weit ansteigen, dass das Leitungsband erreicht wird, tritt keine Supraleitung auf. Daher könnten zukünftige Materialien, die auf dieser Schnittstelle basieren, die Energieübertragung und -speicherung neu definieren und die Entwicklung leistungsfähigerer und effizienterer elektronischer Geräte wie Hochleistungsgeräte ermöglichen Transistoren.

Schließlich könnte die verbesserte Spin-Bahn-Kopplung in diesem neuen Material zur Realisierung exotischer supraleitender Zustände mit topologischen Eigenschaften führen. Exotische Zustände unterscheiden sich von herkömmlichen Supraleitern hinsichtlich ihrer elektronischen Eigenschaften und Symmetrie. Diese Zustände waren, wie bereits erwähnt, aufgrund ihres Potenzials für die Informationsverarbeitung und Quantenberechnung Gegenstand intensiven Forschungsinteresses.

Die Forscher glauben, dass ihre Ergebnisse in naher Zukunft weitere Forschungen auf dem Gebiet der Supraleitung anregen und neue Wege eröffnen werden. Als Referenz: Das erste kommerzielle MRT-System mit Supraleitern wurde Anfang der 1980er Jahre eingeführt. Es erübrigt sich zu erwähnen, dass es sich um eine bahnbrechende Technologie handelte, und hoffentlich bauen zukünftige Anwendungen nur auf ihrem Erbe auf.

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