Seit drei Jahrzehnten gibt ein ungew\u00f6hnliches Supraleitermaterial der Physik R\u00e4tsel auf. Nun hat ein Forschungsteam der Kyoto-Universit\u00e4t eine der f\u00fchrenden Theorien zu seiner Funktionsweise widerlegt \u2013 und damit das R\u00e4tsel eher vertieft als gel\u00f6st. Das Material Strontiumruthenat (Sr\u2082RuO\u2084) wurde 1994 als erster kupferfreier Perowskit-Supraleiter entdeckt. Seine Sprungtemperatur liegt bei winzigen 1,5 Kelvin (etwa \u2212272\u202f\u00b0C). Doch nicht die K\u00e4lte, sondern die jahrzehntelange Ungewissheit \u00fcber den zugrundeliegenden Ordnungsparameter machte Sr\u2082RuO\u2084 zu einem der hartn\u00e4ckigsten Probleme der Festk\u00f6rperphysik.<\/p>\n
Der Ordnungsparameter beschreibt, wie sich Elektronen zu Cooper-Paaren zusammenschlie\u00dfen und damit den supraleitenden Zustand erm\u00f6glichen. Grunds\u00e4tzlich unterscheidet die Theorie zwischen zwei Typen: einem einkomponentigen<\/strong> Ordnungsparameter (nur eine Symmetrieklasse) und einem zweikomponentigen<\/strong> (zwei entartete Komponenten, die sich \u00fcberlagern). Bei Sr\u2082RuO\u2084 ergab sich ein Widerspruch: Ultraschallexperimente deuteten auf einen zweikomponentigen Zustand hin, w\u00e4hrend Messungen unter einachsiger Verformung (uniaxialer Strain) eher einen einkomponentigen Zustand nahelegten. Derselbe Stoff zeigte also je nach Methode ein anderes Bild \u2013 ein in der kondensierten Materie selten so krasser Fall von widerspr\u00fcchlicher Evidenz.<\/p>\n Giordano Mattoni (Projektassistent), Thomas Johnson (Postdoktorand) und Yoshiteru Maeno (Professor) vom Kyoto University Advanced Study Institute und dem Toyota Riken\u2013Kyoto University Collaboration Center (TRiKUC) griffen zu einem bislang nicht genutzten experimentellen Ansatz: Sie legten an ultrad\u00fcnnen Kristallen von Sr\u2082RuO\u2084 reine Scherspannung<\/strong> an. Dazu schleiften sie Einkristalle auf rund 30\u202f\u00b5m Dicke, klebten sie direkt auf piezoelektrische Elemente und konnten die Verzerrung bei Temperaturen bis zu 30\u202fK (ca. \u2212243\u202f\u00b0C) optisch vermessen. Drei verschiedene Scherrichtungen wurden getestet.<\/p>\n Anders als Dehnung oder Stauchung verschiebt Scherspannung die Kristallebenen seitlich gegeneinander \u2013 vergleichbar mit dem Verschieben eines Kartenstapels. Diese mechanische Verformung koppelt in vielen Materialien direkt an den Ordnungsparameter und k\u00f6nnte daher entscheidende Hinweise auf dessen Symmetrie liefern.<\/p>\n Die Messungen fielen eindeutig aus: In keiner der drei Scherrichtungen \u00e4nderte sich die supraleitende Sprungtemperatur Tc um mehr als 10\u202fmK pro 1\u202f% Scherverzerrung. Der Effekt lag damit unterhalb der Nachweisgrenze. W\u00e4re der Ordnungsparameter zweikomponentig, h\u00e4tte die Theorie \u2013 gest\u00fctzt auf die fr\u00fcheren Ultraschalldaten und die Ehrenfest-Relation \u2013 eine V-f\u00f6rmige Abh\u00e4ngigkeit mit Ver\u00e4nderungen von mehreren zehn bis hundert Millikelvin vorhergesagt. Der gemessene Wert liegt weit unter dieser Prognose.<\/p>\n Die praktisch nicht vorhandene Kopplung zwischen Scherspannung und Supraleitung stellt eine starke Einschr\u00e4nkung f\u00fcr das Zweikomponenten-Modell<\/strong> dar. Es kann die Beobachtungen nicht erkl\u00e4ren.<\/p>\n Allerdings ist damit auch das Einkomponenten-Modell nicht automatisch best\u00e4tigt. Denn Sr\u2082RuO\u2084 zeigt andere r\u00e4tselhafte Eigenschaften: Unterhalb von Tc wurde wiederholt eine spontane innere Magnetfeldbildung gemessen \u2013 ein Zeichen f\u00fcr gebrochene Zeitumkehrsymmetrie. Tunnel- und Josephson-Experimente deuten auf mehrere supraleitende Dom\u00e4nen hin, und es gibt Hinweise auf horizontale Linienknoten (Stellen, an denen die Energiel\u00fccke verschwindet). Ein einfaches einkomponentiges Modell kann all diese Ph\u00e4nomene nicht vereinheitlichen.<\/p>\n Die folgende \u00dcbersicht fasst zusammen, welche experimentellen Methoden mit welchem Modell vereinbar sind:<\/p>\n Das Autorenteam schlie\u00dft seinen Artikel in Nature Communications<\/a> mit der Feststellung, dass entweder ein einkomponentiger Ordnungsparameter oder eine noch exotischere, \u00fcber das konventionelle theoretische Raster fallende Symmetrie vorliegen m\u00fcsse. Die Antwort ist also weiterhin offen.<\/p>\n Eine zus\u00e4tzliche Unstimmigkeit tut sich auf: Die fr\u00fcheren Ultraschallmessungen hatten sehr wohl eine deutliche Antwort auf Scherverformung gezeigt, w\u00e4hrend die direkte mechanische Verformung in dieser Studie keinerlei Reaktion lieferte. Warum zwei verwandte Methoden so unterschiedliche Ergebnisse liefern, ist unklar \u2013 und wird zum n\u00e4chsten Forschungsgegenstand.<\/p>\n Die in Kyoto entwickelte Technik, Scherspannung an ultrad\u00fcnnen Kristallen definiert anzulegen und zu messen, beschr\u00e4nkt sich nicht auf Sr\u2082RuO\u2084. Sie kann auf andere Quantenmaterialien angewendet werden, bei denen ein zweikomponentiger Ordnungsparameter diskutiert wird \u2013 etwa den Schwerfermionen-Supraleiter UPt\u2083. Die experimentelle Basis zur Kl\u00e4rung solcher Grundfragen der Supraleitung ist damit ein St\u00fcck breiter geworden.<\/p>\n Die Studie erschien am 16<\/a>.\u202fDezember\u202f2025 in Nature Communications<\/em> (DOI: 10.1038\/s41467-025-67307-1<\/a>). Eine Pressemitteilung der Kyoto-Universit\u00e4t<\/a> fasst die Ergebnisse ebenfalls zusammen. Dass nach 30 Jahren eine f\u00fchrende Theorie f\u00e4llt, ohne dass eine neue an ihre Stelle tritt, zeigt: Die Natur gibt ihre Geheimnisse nicht leicht preis \u2013 und gerade das macht die Suche nach dem ultimativen Verst\u00e4ndnis der Supraleitung so faszinierend.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":" Seit drei Jahrzehnten gibt ein ungew\u00f6hnliches Supraleitermaterial der Physik R\u00e4tsel auf. Nun hat ein Forschungsteam der Kyoto-Universit\u00e4t eine der f\u00fchrenden Theorien zu seiner Funktionsweise widerlegt \u2013 und damit das R\u00e4tsel eher vertieft als gel\u00f6st. Das Material Strontiumruthenat (Sr\u2082RuO\u2084) wurde 1994 als erster kupferfreier Perowskit-Supraleiter entdeckt. Seine Sprungtemperatur liegt bei winzigen 1,5 Kelvin (etwa \u2212272\u202f\u00b0C). 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Was ist Scherspannung?<\/h3>\n
Das Ergebnis: Kaum eine Ver\u00e4nderung der Sprungtemperatur<\/h2>\n
Was die Studie f\u00fcr die konkurrierenden Modelle bedeutet<\/h2>\n
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Ein neues R\u00e4tsel: Warum widersprechen sich Ultraschall und Scherspannung?<\/h2>\n
Neue Werkzeuge f\u00fcr die Supraleitungsforschung<\/h2>\n