Forscher des Max-Planck-Instituts für Quantenoptik bestätigten die Hypothese über den Einfluss magnetischer Kräfte auf
Für ihr Experiment verwendeten PhysikerQuantensimulator: ein Quantencomputer, der physikalische Systeme nachbildet. Dazu positionierten sie ultrakalte Atome im Vakuum mit Laserstrahlung so, dass sie in einem vereinfachten Modell Elektronen nachahmen.
Die Spins der Atome wurden mit einer Variablen angeordnetRichtung. Dadurch wurde eine antiferromagnetische Struktur geschaffen, die für viele Hochtemperatur-Supraleiter charakteristisch ist. Die Wissenschaftler stabilisierten das Material durch magnetische Wechselwirkung und "optimierten" das Modell, indem sie die Anzahl der Atome im System reduzierten. Somit wurden Löcher (Leerstellen) in der atomaren Struktur gebildet.
Physiker haben ein Quantengasmikroskop verwendet,um das Verhalten von Löchern im System zu beobachten. Dies ist ein Gerät, mit dem Sie Quanteneffekte und kleinste Veränderungen in Atomen sichtbar machen können. Die Studie bestätigte, dass Löcher, die einander nahe kamen, aufgrund magnetischer Wechselwirkung Paare bildeten.
Mechanismus der Kommunikationsbindung in magnetisch geordneter FormSystem. Die roten und blauen Kugeln sind Spins mit entgegengesetzter Orientierung, die schattierten Streifen, die die Kugeln verbinden, zeigen die magnetische Ordnung. Die weißen Kugeln sind Löcher. Wenn sich das Loch bewegt, wie in (i) und (ii) gezeigt, stört es die magnetische Ordnung. Wenn jedoch das zweite Loch wie in (iii) mit dem ersten verbunden ist, bleibt die magnetische Ordnung trotz der Bewegung der Ladungsträger erhalten. Bild: Max-Planck-Institut für Quantenoptik
Hochtemperatur-Supraleitung - Nullelektrischer Widerstand in einzelnen Materialien bei relativ hoher Temperatur - wurde vor mehr als 40 Jahren entdeckt. Aber bis jetzt verstehen Physiker die quantenphysikalischen Mechanismen dieses Prozesses nicht vollständig.
Für den Ladungstransport in Supraleitern,die Bildung von Ladungsträgerpaaren - Elektronen oder Löchern. In herkömmlichen Supraleitern, die bei niedrigen Temperaturen arbeiten, sind atomare Gitterschwingungen, sogenannte Phononen, für diesen Prozess verantwortlich, erklären Physiker, aber in Hochtemperatur-Supraleitern kann ein solcher Mechanismus nicht funktionieren. Die neue Studie bestätigt eine der möglichen Hypothesen.
Physiker wollen das Modell verfeinern, um nicht nur die Bildung von Ladungsträgerpaaren, sondern auch deren Bewegung durch das Kristallgitter zu beobachten.
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Auf dem Cover: eine künstlerische Illustration von Löchern, die durch die magnetischen Eigenschaften des Systems verbunden sind. Bild: C.Hohmann, Munich Center for Quantum Science and Technology