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Als Vorbild diente den Forschern das sogenannte Kagome-Muster © Bernd Aichner/Universität Wien
Als Vorbild diente den Forschern das sogenannte Kagome-Muster © Bernd Aichner/Universität Wien

APA

Hightech-Nanotechnologie nach Vorbild von japanischer Korbflechtkunst

08.08.2019

Diese Meldung ist Teil einer wöchentlichen Zusammenfassung für den APA-Science-Newsletter Nr. 28/2019 und nicht zwingend tagesaktuell

Künstliche Defekte können Hochtemperatur-Supraleitern interessante neue Eigenschaften verleihen. In einer internationalen Kooperation unter Leitung von Physikern der Universität Wien ist es gelungen, gezielt das weltweit dichteste Gitter aus Defekten zu realisieren. Ihre im Fachjournal "ACS Applied Nanomaterials" präsentierten Ergebnisse ähneln Mustern aus der japanischen Korbflechtkunst.

Als Vorbild für das auf einen dünnen, supraleitenden Film aufgebrachte Muster an Defekten diente den Forschern das sogenannte Kagome-Muster. Dabei verankert jeder der in Reihen angeordneten Defekte ein magnetisches Flussquant (Fluxon). Die Bereiche zwischen den Reihen, die einander wie die Bambusbänder eines Korbes überkreuzen, bilden wiederum "Käfige" für weitere Fluxonen. Diese könnten in Zukunft als Informationsträger für neuartige Prozessoren auf Basis magnetischer Effekte dienen.

Fluxonen sind quantisierte Stromwirbel im Inneren eines Supraleiters und werden schon durch sehr geringe äußere Magnetfelder verursacht. In einem defektfreien Material bewegen sie sich sehr schnell und stören dadurch die verlustfreie Leitung des elektrischen Stroms. Sind sie jedoch an Defekten verankert, können die elektrischen Ladungsträger ihnen leicht ausweichen und das Material kann seine supraleitenden Eigenschaften voll entfalten.

Herstellung kleiner Strukturen möglich

Den Forschern um Wolfgang Lang von der Fakultät für Physik der Universität Wien ging es in ihrer Studie jedoch nicht darum, besonders leistungsfähige Supraleiter zu kreieren. "Wir wollten einerseits zeigen, dass die Herstellung derart kleiner Strukturen möglich ist", sagte Lang zur APA. "Und dass diese wiederum genutzt werden können, um die Fluxonen im Material zu kontrollieren."

Ermöglicht wurde die Arbeit durch ein neuartiges Mikroskop an der Universität Tübingen, das einen besonders fein fokussierten Strahl von Helium-Ionen aussendet, der punktgenau Defekte im Material erzeugen kann. Die damit hergestellten Fluxonen-Käfige können mithilfe eines Magnetfeldes sowohl geschlossen als wieder auch geöffnet werden. Lang zufolge wäre es denkbar, dass auf diese Art in Zukunft sogar Schaltkreise für Fluxonen hergestellt werden könnten.

"Das ist natürlich derzeit noch höchst spekulativ", so Lang. "Aber theoretisch hätten solche Schaltkreise das Potenzial, wesentlich schneller zu arbeiten als herkömmliche Chips auf Siliziumbasis." Das wäre dem Forscher zufolge allerdings eine völlig neuartige Technologie, die erst entwickelt werden müsste - und mit einer erforderlichen Betriebstemperatur von minus 200 Grad Celsius wohl auch eher Spezialanwendungen vorbehalten bleiben würde.

Service: https://dx.doi.org/10.1021/acsanm.9b01006

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