Physik-Irrtum entlarvt: Supraleitung erzeugt keinen Magnetismus
Jahrzehntelang galt Supraleitung als magnetisch. Neue Theorie erklärt: Der Magnetismus war schon da, nur verborgen.
Magnetschwebetechnik über einem Hochtemperatur-Supraleiter: Die Kühlung mit flüssigem Stickstoff ermöglicht Supraleitung, der Schweb-Effekt selbst beruht jedoch auf der Wechselwirkung externer Magnetfelder mit dem Material – nicht auf erzeugtem Magnetismus.
Foto: Smarterpix / ktsdesign
Seit Jahrzehnten beschäftigt eine scheinbar einfache Frage die Festkörperphysik: Entsteht Magnetismus erst durch Supraleitung – oder steckt etwas anderes dahinter? Eine neue theoretische Arbeit von Aline Ramires am Institut für Festkörperphysik der TU Wien rückt ein verbreitetes Deutungsmuster zurecht. Die zentrale Aussage ist klar: Supraleitung erzeugt keinen Magnetismus. Sie kann ihn lediglich sichtbar machen.
Inhaltsverzeichnis
Was Supraleitung wirklich leistet
Supraleitung beschreibt einen Zustand, in dem Materialien elektrischen Strom ohne Widerstand leiten, meist bei sehr tiefen Temperaturen. Das Phänomen ist gut untersucht, dennoch gab es lange offene Fragen zu seiner Wechselwirkung mit Magnetismus. In mehreren Materialien tauchten exakt beim Übergang in den supraleitenden Zustand magnetische Signaturen auf. Viele Forschende interpretierten das als Hinweis auf eine exotische, magnetische Form der Supraleitung.
Diese Deutung gerät nun ins Wanken. Die neuen Analysen zeigen: Der Magnetismus war bereits vorhanden. Er blieb nur lange verborgen.
Zeitumkehrsymmetrie als Messlatte
Ein zentrales Konzept ist die sogenannte Zeitumkehrsymmetrie. Viele physikalische Prozesse verhalten sich gleich, egal ob die Zeit vorwärts oder rückwärts läuft. Magnetismus gehört nicht dazu. Dreht man die Zeit um, ändert sich die Richtung magnetischer Effekte. In der Physik gilt eine gebrochene Zeitumkehrsymmetrie daher meist als klares Magnetismus-Signal.
Genau solche Signale tauchten in verschiedenen Experimenten plötzlich auf – oft genau unterhalb der kritischen Temperatur der Supraleitung. Das schien kein Zufall zu sein.
„Man beobachtete Brüche der Zeitumkehrsymmetrie etwa im Material Strontiumruthenat (Sr₂RuO₄), aber auch in bestimmten Schichtmaterialien“, sagt Aline Ramires. „Zunächst schien das alles Sinn zu ergeben, unter der Annahme, dass es sich um eine spezielle, chirale Art der Supraleitung handelt, die magnetische Effekte bewirken kann.“
Widersprüche im Experiment
Mit der Zeit häuften sich jedoch Befunde, die nicht ins Bild passten. Einige Messungen zeigten magnetische Signaturen sogar oberhalb der supraleitenden Übergangstemperatur. Andere Experimente widersprachen sich direkt.
„Man wusste: Irgendetwas passt hier nicht, aber niemand konnte sagen, was die Erklärung für diese seltsamen Widersprüche war“, so Ramires. Die neue Arbeit liefert nun genau diese Erklärung und verschiebt den Fokus weg von der Supraleitung.
Altermagnetismus statt exotischer Supraleitung
Der Schlüsselbegriff heißt Altermagnetismus. Diese Form des Magnetismus ist erst seit wenigen Jahren bekannt. Sie unterscheidet sich sowohl vom klassischen Ferromagnetismus als auch vom Antiferromagnetismus.
Beim Ferromagnetismus richten sich die Spins der Elektronen gleich aus. Beim Antiferromagnetismus zeigen benachbarte Spins in entgegengesetzte Richtungen und heben sich im Mittel auf.
„Beim Altermagnetismus zeigen benachbarte Spins ebenfalls in entgegengesetzte Richtungen, aber die räumliche Anordnung der einen Spin-Sorte ist nicht exakt äquivalent zur räumlichen Anordnung der anderen“, erklärt Ramires. „Daher benehmen sich altermagnetische Materialien grundlegend anders.“
Diese Asymmetrie reicht aus, um die Zeitumkehrsymmetrie zu brechen – selbst ohne klassischen Magnetismus im Alltagssinn.
Warum Supraleitung den Magnetismus sichtbar macht
In vielen altermagnetischen Materialien verhindern bestimmte Kristallsymmetrien, dass magnetische Effekte messbar sind. Typische Nachweismethoden wie der Kerr-Effekt, bei dem sich die Polarisation von Licht ändert, bleiben dann stumm.
„Wenn nun Supraleitung einsetzt, können einige dieser räumlichen Symmetrien gebrochen werden – und dadurch werden zuvor verborgene Effekte messbar“, sagt Ramires.
Entscheidend ist: Die Supraleitung erzeugt keinen neuen Magnetismus. Sie verändert lediglich die Symmetrie des Materials so, dass bereits vorhandener Altermagnetismus experimentell auffällt.
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