Französische Forscher haben herausgefunden, dass der Strom zwischen zwei durch ein normalleitendes Metall verbundenen Supraleitern durch Ladungsblöcke aufgebaut wird, die aus mehreren Elektronen bestehen. Dies berichten die Forscher in dem Fachmagazin Physical Review Letters. Ihre Entdeckung zeigt neue Möglichkeiten zur weiteren Miniaturisierung von elektronischen Schaltkreisen auf.
In ihrem Experiment legte das Forscherteam um Christian Urbina eine Spannung zwischen zwei supraleitenden Metallspitzen an, die durch ein einzelnes nichtsupraleitendes Aluminiumatom verbunden waren. Diese extrem kleine normalleitende Brücke zwischen den beiden Supraleitern erlaubte es den Forschern, Fluktuationen des Stromflusses zwischen den beiden Supraleitern zu messen und so auf die kleinsten transportierten Ladungseinheiten zu schließen. Je nach angelegter Spannung bestanden diese Ladungseinheiten aus einem bis zu zehn Elektronen. Je kleiner die angelegte Spannung, desto größer die den Strom aufbauenden Ladungseinheiten. Dies ist eine spektakuläre Bestätigung der sogenannten BCS-Theorie der Supraleitung und könnte zahlreiche Anwendungen bei zukünftigen, ultrakleinen elektronischen Schaltkreisen finden.
Nach der BCS-Theorie besteht der Strom in Supraleitern aus Ladungseinheiten von jeweils zwei Elektronen ? sogenannten Cooper-Paaren. In gewöhnlichen Metallen wird der Strom dagegen durch einzelne Elektronen geleitet. Verbindet man zwei Supraleiter durch ein normalleitendes Metall, so sagt die BCS-Theorie Ladungseinheiten von mehreren Elektronen voraus, die zudem von der angelegten Spannung abhängen. Dies ist wie ein Hagelschauer im Vergleich zu einzelnen Regentropfen. Das Experiment des französischen Forscherteams hat genau dies gezeigt, und die Übereinstimmung mit der Theorie ist überraschend gut: “Die experimentellen Daten passen genau wie ein Handschuh auf die Theorie”, kommentiert ein Experte aus den Niederlanden.
Stefan Maier
