:: Physikalsche Kleinigkeiten ::
Supraleitung, Bose-Einstein-Kondensation u. ä.
:: 15.10.04 ::, Permalink
Supraleitende Protonen
Theoretische Physiker haben einen neuen Zustand der Materie vorhergesagt. Dieser Zustand soll, wenn die Modellrechnungen (mit einem sogenannten Ginzburg-Landau-Ansatz) stimmen, Wasserstoff unter hohen Drücken und bei tiefen Temperaturen einnehmen. Der Wasserstoff wird demnach erst mal flüssig, metallisch und dann sogar supraleitend. Soweit so noch nicht so ungewöhnlich. Das wirklich bemerkenswerte ist aber, daß auch die Protonen supraleitend sein könnten. Sie bilden also Paare und fliegen ungehemmt, d.h. ohne Reibungsverluste umher. Das nennt man aber mit einem anderen Wort supraflüssig und war bisher nur von Heliumatomen bekannt, die bei tiefen Temperaturen jegliche innere Reibung verlieren. Man hat schon mal Anzeichen von Suprafluidität in Wasserstoff gefunden, aber eine supraleitende Supraflüssigkeit wär was ganz neues. Ganz verrückt wird es dann, wenn man noch Magnetfelder anlegt ... aber dazu sollte man vielleicht doch erst die experimentelle Verifizierung dieses neuen Zustands abwarten. (Nature 431 (2004) 666)
:: 5.9.04 ::, Permalink
Geht doch gar nicht!
Es gibt einen ziemlich komischen Zustand von Flüssigkeiten, den man suprafluid nennt. In einer suprafluiden Flüssigkeit haben die Atome alle den gleichen quantenmechanischen Zustand. Eine Konsequenz ist, daß man die Flüssigkeit viel schwerer in Rotation versetzen kann. Wenn man mit einem Löffel in einer Tasse mit suprafluiden Helium rührt, fängt des Helium sich nicht an zu drehen. Allerdings passiert das erst nahe dem absoluten Nullpunkt, d.h. bei fast -273° Celsius.
Komisch genug. Nun haben Physiker aus den USA eine Vermutung bestätigt, die sie schon Anfang des Jahres hatten: bei festem, also gefrorenem Helium tritt genau der gleiche Effekt auf. Zwar haben sie keinen Löffel genommen, sondern haben einen Behälter mit festem Helium in Rotation versetzt, aber der Effekt war der gleiche ein kleiner Teil des festen Heliums hat nicht an der Rotation teilgenommen. Wie das gehen soll, erscheint allerdings noch ziemlich schleierhaft. Eine Theorie aus den 60er besagte, daß Gitterfehlstellen (fehlende Kristallgitteratome) suprafluid werden können. Vielleicht ergibt sich daraus eine Erklärung für das Experiment. Und wie soll der neue Zustand genannt werden? Suprafest? Suprasolid? Supersolid? Superfest? (E. Kim und M. H. W. Chan Sciencexpress 02.09.2004)
:: 21.10.03 ::, Permalink
Supertröpfchen
Je größer ein Molekül, desto träger ist es und desto schwerer ist es, es in Rotation zu versetzen. Es sei denn, das Molekül besteht zum Teil aus Helium. Kanadische Physiker haben Cluster ("Klumpen" aus Atomen) bestehend aus N2O und mehreren Heliumatomen mit Infrarot-Licht und Mikrowellen in Rotation versetzt. Bis 6 Heliumatome wird das Trägheitsmoment (die Trägheit gegenüber Drehungen) immer größer. Ab 7 Heliumatome bleibt es aber in etwa gleich. Die Erklärung dafür ist, daß die Heliumatome eine Art molekulare suprafluidität zeigen. Sie können zum Teil reibungsfrei um das sich drehende N2O-Molekül fließen. Wieder ein Verhalten, das theoretisch zu erwarten war, experimentell aber schwierig zu erzeugen ist. Das ist aber wichtig, um die merkwürdigen Verhältnisse in der Quantenwelt besser zu verstehen. (Phys. Rev. Lett. 91 (2003) 163401)
:: 11.9.03 ::, Permalink
Tieftemperatur-Weltrekord
Nur 0,5 Nanokelvin (ein halbes milliardstel Grad über dem absoluten Nullpunkt) ist ein Gas, das der deutsche Physik-Nobelpreisträger Wolfgang Ketterle und seine Kollegen vom Massachusetts Institut für Technology (MIT) erzeugt haben, "warm". Atome bei diesen Temperaturen wechselwirken ganz anders mit ihrer Umgebung, als Atome bei normalen Temperaturen, die mit Düsenjet-Geschwindigkeit durch die Gegend rasen. Das macht die Physik bei diesen Temperaturen so interessant. (Science 301 (2003) 1513)
:: 2.9.03 ::, Permalink
Kollektive Moleküle
Mit immer mehr Atomen schafft man es mittlerweile, ein Bose-Einstein Kondensat (BEC) herzustellen. Das sollte an sich mit allen Teilchen gehen, die einen ganzzahligen Spin haben - also auch mit zweiatomigen Molekülen, die aus Atomen mit halbzahligen Spin aufgebaut sind. Bisher sind die Moleküle zu schnell zerfallen, bevor sie ein BEC bilden konnten. Physiker von der Rice University, Houston, Texas, haben das nun fast geschafft. Sie haben Lithium-6 Atome ultra-kalt gemacht, Li2 Moleküle erzeugt und in einer optischen Falle eine Sekunde festgehalten. Auf diesem Wege sollte es möglich sein, das molekulare Bose-Einstein Kondensat zu erzeugen. Das spannende daran ist die Möglichkeit, die Kondensation von Fermionen ganz ähnlich wie in der Supraleitung - nur eben in einem ganz anderen Zusammenhang - zu beobachten. (Phys. Rev. Lett. 91 (2003) 080406)
:: 2.9.03 ::, Permalink
Kollektive Moleküle
Mit immer mehr Atomen schafft man es mittlerweile, ein Bose-Einstein Kondensat (BEC) herzustellen. Das sollte an sich mit allen Teilchen gehen, die einen ganzzahligen Spin haben - also auch mit zweiatomigen Molekülen, die aus Atomen mit halbzahligen Spin aufgebaut sind. Bisher sind die Moleküle zu schnell zerfallen, bevor sie ein BEC bilden konnten. Physiker von der Rice University, Houston, Texas, haben das nun fast geschafft. Sie haben Lithium-6 Atome ultra-kalt gemacht, Li2 Moleküle erzeugt und in einer optischen Falle eine Sekunde festgehalten. Auf diesem Wege sollte es möglich sein, das molekulare Bose-Einstein Kondensat zu erzeugen. Das spannende daran ist die Möglichkeit, die Kondensation von Fermionen ganz ähnlich wie in der Supraleitung - nur eben in einem ganz anderen Zusammenhang - zu beobachten. (Phys. Rev. Lett. 91 (2003) 080406)
:: 14.8.03 ::, Permalink
Wie alt ist Blei?
In der Antike wurde Blei für viele Gegenstände des täglichen Lebens verwendet. Israelische Physiker haben nun eine neue Methode entwickelt, das Alter eines Bleistücks zu bestimmen. Blei ist ein Supraleiter, der bei 7,2 K supraleitend wird. Aus dem magnetischen Signal des tiefgekühlten, supraleitenden Bleistückchens kann die Menge des noch nicht korrodierten Bleis bestimmt werden, und je mehr Blei korrodiert ist, desto älter ist das Bleistückchen. (New J. Phys 5 (2003) 99)
:: 7.5.03 ::, Permalink
Berliner Bose-Einstein-Kondensat
Manche Atome können sich bei verdammt tiefen Temperaturen so zusammenschließen, daß ihre jeweiligen Materiewellen sozusagen im Takt schwingen. Diesen Vorgang, bei dem alle Atome einen quantenmechanischen Zustand - den Grundzustand - besetzen, nennt man Bose-Einstein-Kondensation. Prinzipiell sollte das auch für andere (quantenmechanische) Wellen gehen. In einem speziellen Material, Thalliumkupferchlorid (TlCuCl3), wurde bei Experimenten am Berliner Hahn-Meitner-Institut in einer Kooperation schweizer, französischer und deutscher Forscher nun gezeigt, daß sich Wellen aus magnetischen Momenten (den Elementarmagneten) der Kupferionen (sogenannte Magnonen) ebenfalls zu solch einem Bose-Einstein-Kondensat zusammenschließen können. Schön an dieser Art von Bose-Einstein-Kondensat ist, daß die Temperaturen, die notwendig sind um diesen grundlegenden quantenmechanischen Effekt zu messen, mit einigen °C über dem absoluten Nullpunkt 'relativ' hoch sind.
(Nature 423 (2003) 62)
:: 5.5.03 ::, Permalink
Heißer Supraleiter mit zwei Bandlücken
Magnesiumdiborid ist ein Supraleiter, der für Aufregung gesorgt hat. Eine lange bekannte, metallische, simple chemische Verbindung, MgB2, hatte bis vor kurzem niemand darauf untersucht, ob sie supraleitend wird. Sie wird es und zwar bei - vergleichsweise - hohen 39 K = - 234 °C. Theoretiker hatten sich bald überlegt, warum das so ist. Es müssen quasi zwei Supraleiter in dem Material vorhanden sein - zwei sogenannte Energielücken. Nun wurde das auch experimentell durch eine direkte Untersuchung der elektronischen Bandstruktur bestätigt.
(Nature 423 (2003) 65)
:: 14.4.2003 ::, Permalink
Achtfache Quantenzustandsblume
Warum das Material, bei dem zuerst Supraleitung festgestellt wurde (Quecksilber), supraleitend wird, ist seit Bardeen, Cooper und Schrieffer klar. Warum aber die sogenannten Hochtemperatursupraleiter diese Eigenschaft bei (relativ) hohen Temperaturen zeigen, ist immer noch nicht klar. Einen Schritt weiter kann man nun mit der Hilfe von Rastertunnelmikroskopen kommen. Forscher des Lawrence Berkeley National Laboratory haben stehenden Wellen auf der Oberfläche eines bekannten Hochtemperatursupraleiters (Bi2 Sr2 CaCu2 O8+d) beobachtet. Die Wellen auf den Bildern sehen zwar eher so aus, als ob man eine Hand voll Kieselsteine ins Wasser wirft, den Forschern gelang es jedoch, aus den Bildern eine Aufteilung der Wellen in den verschiedenen Richtungen in verschiedene Wellenlängen auszurechnen. Das entstehende Bild ist schön symmetrisch und blümchenförmig. Das schöne daran ist, daß hierdurch eine Möglichkeit gegeben ist, die Eigenschaften der Elektronenwellen in den Hochtemperatursupraleitern direkt zu beobachten. Damit kann man Rückschlüsse auf mögliche Ursachen der Supraleitung machen. Z.B. sind regelmäßige Streifen in der Elektronendichte, die oft im Zusammenhang mit Erklärungen der Hochtemperatursupraleitung diskutiert werden, anscheinend nicht mit den Messungen verträglich.(Nature 422 (2003) 592)
:: 8.4.2003 ::, Permalink
Supraleitender Diamant????
Eine Meldung geisterte gestern und vorgestern durch einige News-Ticker, daß bei Diamant Supraleitung auftritt. Die Messungen eines südafrikanischen Forschers an sauerstoffdotierten Diamantenen zeigen ein ziemlich komisches Verhalten, das seiner Meinung nach auf Supraleitung im Vakuum (!) direkt über dem Diamanten schließen läßt. Die Veröffentlichung fällt meiner Meinung nach in das Gebiet: Merkwürdige Messergebnisse, mit viel Phantasie interpretiert. (Semicond. Sci. Technol. 18 (2003) S131)
:: 25.3.2003 ::, Permalink
Bosch und die Supraleitung
Ist zwar leider nur mit (kostenloser) Registrierung zu erreichen, aber dann:
Der legendere Kühlschrank 'Bosch' von Axel Hacke wird über sein ureigenstes Metier informiert: Die Kälte. Von Fridtjof Nansen bis zur Supraleitung. (Danke Birgit)
:: 6.3.2003 ::, Permalink
Neuer Oxid-Supraleiter
Man weiß immer noch nicht, warum die sogennaten Hochtemperatur-Supraleiter, die alle Kupferoxid-Schichten enthalten, bei so hohen Temperaturen supraleitend werden (bei max. 138 K = -135 °C). Andere Metalloxide gibt es kaum, die supraleitend werden. Jetzt aber haben japanische Wissenschaftler entdeckt, daß auch Kobaltoxid-Schichten, wenn sie mit Natriumionen und Wassermolekülen auf Abstand gehalten werden, bei 5 K = - 268 ° C supraleitend werden. Nicht viel, aber der sehr ähnliche Aufbau (aber nicht identische - die Kobaltionen sind magnetisch frustiert) der beiden Metalloxid-Supraleiter macht Hoffnung auf eine Erklärung für die Supraleitung in den Kupferoxid-Supraleitern.(Nature 422 (2003) 53)
:: 09.01.2003 ::, Permalink
Feynman läßt grüßen.
Wissenschaftler am NIST (der US-amerikanischen PTB) haben ein tolles Experiment zur Simulation von quantenmechanischen Systemen gemacht. Sie haben ein in einer Ionenfalle schwingendes Beryllium Ion in zwei verschiedenen elektronischen (Hyperfein-) Zuständen benutzt um ein ganz anderes quantenmechnisches (!) System zu simulieren: ein Mach-Zehnder Interferrometer.
DasTolle daran ist, daß man durch ein enfaches quantenmechanisches System, das damit als Quantencomputerfungiert, Aussagen über ein anderes quantenmechanisches System machen kann,daß experimentell viel schwerer oder gar nicht zugänglich ist. (Phys. Rev. Lett. 89 (2002) 247901)
:: 21.11.2002 ::, Permalink
Also ich käme ja nicht auf die Idee Plutonium zuuntersuchen. Aber es hat interessante physikalische Eigenschaften. Es istein Element, dass ein Zwischending ist zwischen dem elektrisch leitfähigem,etwas leichteren Uran und den weniger leitfähigen, noch schwereren Elementen wie Curium. Nun haben Forscher aus Los Alamos und Karlsruhe gefunden, dass die intermetallische Verbindung PuCoGa5 unterhalb von 18,5 K supraleitend wird. Das ist ziemlich viel für eine intermetallische Verbindung. 
:: 16.12.2002 ::, Permalink
Bei ganz tiefen Temperaturen passieren merkwürdige Dinge. Eins davon ist die Bose-Einstein Kondensation. Hier erstmal eine sehr nette Seite mit schönen einfachen Erklärungen und hier eine Theorieseite. Das neue ist, dass nun die Bose-Einstein Kondensation mit Cäsium gelungen ist.(T. Weber et al., Science, im Druck).
Es aber auch gelungen, nicht nur Atom-Wolken aus Bosonen, sondern auch Atom-Wolken aus Fermionen dazu zu bringen, einen besonderen Zustand einnehmen: ein stark entartetes Fermi-gas. Und es sieht so aus, als ob diese Atome (hier Lithium-6 Atome) eine Supraflüssigkeit bilden. (Science 298 (2002) 2179).
:: 13.12.2002 ::, Permalink
Ein elektrischer Widerstand "null" heisst meistens: Supraleitung. Es geht aber auch anders, zum Beispiel beim Quanten-Hall-Effekt. In einer Halbleiter-Heterostruktur aus GaAs und AlGaAs haben nun Forscher u.a. aus Stuttgart einen komischen Effekt gefunden: einen verschwindenden Widerstand bei Bestrahlung mit Mikrowellenstrahlung in einem kleinen Magnetfeld. Die Erklärung steht noch aus. (Nature 429 (2002) 636)
:: 15.10.2002 ::, Permalink
Wieder ein neuer Supraleitungsrekord: Die höchste Sprungtemperatur aller Elemente hat Lithium: 20 K. Das allerdings erst bei 48 GPa, was das 480 000 fache des normalen Luftdrucks ist.
:: 27.09.2002 ::, Permalink
Wie es aussieht scheint langsam klar zu werden warum MgB2, das bei 39 K supraleitend wird und Anfang des vorigen Jahres einigen Wirbel gemacht hat, bei so hohen Temperaturensupraleitend wird. Die Vermutung, dass die Wechselwirkung zwei Einergielücken für die hohe übergangstemperatur verantwortlich sind, scheint sich zu bestätigen.Für die 'alten' Kupfer-oxid Hochtemperatursupraleiter, die bei noch viel höheren Temperaturen supraleitend werden ist es aber immer noch nicht richtig klar warum.
