Kleiner als das kleinste Päckchen

News: Kleiner als das kleinste Päckchen

Die Makrowelt scheint glatt und schön. Doch in der Mikrowelt sieht es anders aus: Alles ist irgendwie gequantelt: Licht, Ladung, Energie... Daher glaubten viele Forscher, dass auch magnetischer Fluss nur in solchen wohldefinierten Päckchen in einen Supraleiter eindringen könnte. Doch als ob Supraleiter nicht schon genug verblüffende Eigenschaften hätten, widersetzen sie sich dieser Quantelung. Niederländische Forscher fanden in supraleitendem Aluminium sogar Päckchen, die tausendmal kleiner waren als gedacht.

Supraleiter haben viele besondere Eigenschaften. Bei niedrigen Temperaturen verlieren sie jeglichen elektrischen Widerstand und verdrängen Magnetfelder aus ihrem Inneren. Weit verbreitet war bislang der Glaube, magnetischer Fluss könne nur in Form von Wirbeln in Supraleiter eindringen – in Paketen mit einer festen Größe-, so genannten Flussquanten, obwohl die beiden theoretischen Physiker John Bardeen und Vitaly Ginzburg schon zu Beginn der 60er Jahre gezeigt hatten, dass der maximale Fluss, den ein Wirbel oder Vortex tragen kann, von seiner Entfernung zum Rand des Supraleiters abhängt. Deswegen kann er sogar kleiner sein als diese elementare Größe. Experimentell konnte das viele Jahre lang allerdings niemand nachweisen, weswegen einige Physiker diesen Effekt für vernachlässigbar klein hielten.

Jetzt aber haben Andrey Geim von der University of Nijmegen in den Niederlanden und seine Kollegen bewiesen, dass Wirbel erheblich kleinere Mengen von magnetischem Fluss tragen können. Die Forscher führten eine Reihe von Versuchen an Aluminiumscheiben mit einer Dicke von 15 Mikrometer bei einer Temperatur von 0,5 Kelvin durch. Jedesmal, wenn ein Wirbel in das Metall eintrat, stieg der magnetische Fluss dort an. Die Höhe der Sprünge war jedoch nicht gequantelt, die kleinste gemessene Änderung innerhalb eines Supraleiters betrug gerade mal 0,1 Prozent von dem "kleinstmöglichen" Flussquant. In manchen Proben traten auch negative Sprünge auf, was bedeutet, dass der Supraleiter das magnetische Feld beim Eintritt eines Vortex auch verdrängen kann.

Den Wissenschaftlern fiel auf, dass auch gleiche Proben sich unterschiedlich magnetisieren ließen. Waren die Ränder eher gezackt, so spiegelte sich das im Ansteigen des magnetischen Flusses wider. Waren die Ränder hingegen sehr glatt, so stieg auch der magnetische Fluss mit jedem einzelnen Wirbel stetig an. Denn diese ändern ihre Struktur in der Nähe der Kanten, sodass der magnetische Fluss nicht gequantelt ist (Nature vom 7. September 2000).

"Unserer Meinung nach könnte das eine Reihe bisher unverstandener Beobachtungen erklären", kommentieren die Physiker. Denn der schon vor Jahrzehnten vorhergesagte Effekt ist wohl doch nicht so klein und damit vernachlässigbar, wie viele Wissenschaftler annahmen. Besonders in dünnen Filmen dürfte er eine wichtige Rolle spielen. Die Forscher vermuten außerdem, dass der Effekt "in vielen, wenn nicht den meisten, einschlägigen Experimenten auftreten kann."

Siehe auch

Spektrum Ticker vom 3.11.1999
"Das Gedächtnis des Aluminiums"

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