Neue Forschung weist Wichtigkeit von Phononen für Quantenwechselwirkungen nach
DCCM-Forscher stellten fest, dass Phononen die meisten Wechselwirkungen korrelierter Materialien dominieren. Das steht im Gegensatz zu der in der wissenschaftlichen Literatur stark vertretenen Ansicht, dass Elektron-Elektron-Wechselwirkungen die wahrscheinlichsten Schlüsseleinflussfaktoren sind. Könnten die Wissenschaftler herausfinden, wie man die erstaunlichen Eigenschaften dieser Quantenmaterialien zu nutzen sind, so könnte dies eine neue Welle an Technologie und Innovation auslösen. Das Projektteam erkundete die Eigenschaften der Materialien unter Einsatz von Licht und man wies nach, dass lichtinduzierte Übergänge von Nichtleiter- zu Metallphasen durch Licht verursacht wurden, das die Kristallschwingungen beeinflusste, und in Wirklichkeit nicht auf einer Änderung der Elektron-Elektron-Wechselwirkungen beruhten. „Diese Resultate sind wichtig, weil sie die Mehrzahl der momentan diese Materialien beschreibenden Modelle in Frage stellen“, erläutert Projektkoordinator Prof. Dr. Simon Wall vom ICFO (Institute of Photonic Sciences) in Spanien. „Sie weisen darauf hin, dass es eine ‘fehlende Zutat’ gibt, die uns dabei helfen könnte, einen Durchbruch in unserem Verständnis zu erreichen.“ Neue technologische Entwicklungen Die Feststellungen könnten im Endeffekt zu neuartigen technologischen Innovationen hinführen. Korrelierte Materialien verkörpern aufgrund ihrer spektakulären Eigenschaften wie etwa Hochtemperatursupraleitung und der Fähigkeit, bei erhöhten Temperaturen zwischen isolierenden und metallischen Zuständen wechseln zu können, viel Potenzial. Aber ohne genau zu wissen, auf welche Weise diese Materialien diese Phänomene aufweisen, ist es schwierig, sie in neue Bauelemente und Systeme zu integrieren. Ein weiteres Problem ergibt sich daraus, dass die Wissenschaftler die Materialien zur weiteren Erforschung trennen müssen, was aber nicht einfach zu realisieren ist, da die elektronischen und Spin-Wechselwirkungen in einem ähnlichen Energiebereich konkurrieren. Gleichermaßen ist ein tiefes Verständnis von Quantenmaterialien auf Nanometerebene erforderlich, bevor sie wirkungsvoll in neue Technologien integriert werden können, da eine starke Konkurrenz zwischen den Wechselwirkungen von Elektronen und Magnetismus in diesem Maßstab drastische Veränderungen ergeben kann. Ein weiteres Projektresultat war die Entwicklung eines neuen Bildgebungsverfahrens, das den Wissenschaftlern erstmals die Beobachtung einiger Phänomene bei Quantenmaterialien gestattet und ihnen die weitere Erkundung der Eigenschaften dieser Materialien im Nanobereich ermöglichen könnte. Zu den Bauelementen, die nun möglicherweise entwickelt werden könnten, zählen Hochtemperatursupraleiter, welche die teuren Magneten in MRT-Maschinen oder Teilchenbeschleunigern ersetzen könnten, die gegenwärtig auf extrem niedrige Temperaturen gekühlt werden müssen, um fehlerfrei zu funktionieren. Die magnetische und elektronische Funktionalität von Quantenmaterialien könnte gleichermaßen in neuen nichtflüchtigen Hochgeschwindigkeitsspeichern zum Einsatz kommen. Gitteranharmonizität und die Entstehung der Hochtemperatursupraleitung Bei ihren nächsten Schritten konzentrieren sich die DCCM-Forscher weiterhin auf die Rolle der Phononen bei der Hochtemperatursupraleitung. Sie werden an dem vom Europäischen Forschungsrat (ERC) finanzierten Projekt SEESUPER teilnehmen, welches die Untersuchung zum Ziel hat, ob Gitteranharmonizität die Entstehung der Hochtemperatur-Supraleitfähigkeit erklären kann. Die Anharmonizität des Gitters gestattet den normalerweise unabhängigen Phononen sich einander zu koppeln. Diese Kopplung kann wiederum die Art und Weise verändern, wie Elektronen mit dem Gitter wechselwirken. Sie könnte ein Faktor sein, der die Supraleitfähigkeit erhöht. Ziel ist, mit Hilfe der im Rahmen von DCCM entwickelten Verfahren zu untersuchen, auf welche Weise Defekte im Nanobereich und Phasentrennung die Anharmonizität modifizieren und ob dies die Entstehung der Hochtemperatursupraleitung erklären kann.
Schlüsselbegriffe
DCCM, korrelierte Materialien, Quant, Licht, Physik
