Im Supraleiter gefangen: Erstmals haben Physiker einen Leiter entwickelt, der Magnetfelder auch über größere Distanzen ohne große Verluste transportiert. Damit könnten sich künftig magnetische Signale versenden lassen wie Licht im Glasfaserkabel. Die Palette der möglichen Anwendungen ist breit und reicht von der Spintronik bis zum Quantencomputer, wie die Forscher im Fachmagazin „Physical Review Letters“ berichten.
In unserer Hightech-Welt ist die Übertragung von elektromagnetischen Wellen eine Selbstverständlichkeit. Über Glasfaserkabel werden beispielsweise digitale Daten als Lichtsignale um die ganze Welt geschickt. Mit statischen magnetischen Feldern war dies jedoch bisher nicht möglich, denn ihre Stärke nimmt mit dem Abstand von der Quelle zu rasant ab. Physiker um Oriol Romero-Isart von der Universität Innsbruck haben nun eine verblüffend einfache Lösung für dieses Problem gefunden.
Innen Ferromagnet, außen Supraleiter
„Unsere theoretischen Überlegungen haben gezeigt, dass ein Material zur Leitung von Magnetfeldern über extrem anisotrope Eigenschaften verfügen muss“, erklärt Romero-Isart. Das Material muss in einer Richtung sehr durchlässig sein, senkrecht dazu aber wie eine Barriere wirken. Kein natürliches Material verfügt aber über so extreme Eigenschaften, weshalb die Physiker einen Trick anwandten. Sie nahmen einen Zylinder aus ferromagnetischem Material und ummantelten diesen mit einem Supraleiter.
„Supraleiter sind perfekte magnetische Isolatoren“, erklärt Romero-Isart. Die Berechnungen der Forscher hatten ergeben, dass eine Struktur aus abwechselnden Schichten von Ferromagneten und Supraleitern bis zu 90 Prozent eines Magnetfelds über beliebige Distanzen transportieren und gleichzeitig im Leiter halten könnte. Überraschenderweise zeigten die Kalkulationen der Forscher aber auch, dass bereits zwei Schichten – ein ferromagnetischer Kern und ein supraleitender Mantel – genügen, um bis zu 75 Prozent des Magnetfelds zu übertragen.
Labortest erfolgreich
Nach diesen Entdeckungen wagte das aus Theoretikern bestehende Team den Schritt ins Labor. Sie ummantelten einen Ferromagneten aus Eisen und Kobalt mit einem Hochtemperatursupraleiter und testeten die Anordnung. „Trotz der nicht optimalen technischen Ausrüstung konnten wir zeigen, dass ein statisches Magnetfeld sehr gut durch das Material geleitet wird“, erzählt Alvaro Sanchez, Leiter der katalanischen Arbeitsgruppe. Das Magnetfeld war auch am Ende der 14 Zentimeter langen Leitung noch gut zu messen – ein Magnet ohne den Leiterschlauch wäre schon bei einem Viertel der Strecke schon kaum mehr zu detektieren.
Die neue Methode könnte zum Beispiel bei zukünftigen Quantentechnologien zum Einsatz kommen, wo statische Magnetfelder dazu genutzt werden können, um Quantenbits miteinander zu koppeln. Aber auch Anwendungen in der Spintronik und anderen Nanotechnologien sind nach Ansicht der Forscher möglich. (Physical Review Letters, 2014; doi: 10.1103/PhysRevLett.112.253901)
(Universität Innsbruck, 26.06.2014 – NPO)
