Amerikanische Physiker sagen in einer theoretischen Arbeit eine neue Art von Quantenphasenübergängen in Metallen voraus. Die neue Theorie erklärt eine Vielzahl von physikalischen Phänomenen, bei denen die Leitungselektronen eines Metalls als nicht mehr voneinander unabhängig betrachtet werden können. So stimmen die theoretischen Vorraussagen über das Verhalten von Hochtemperatursupraleitern mit experimentellen Beobachtungen überein. Die Forscher haben ihre Arbiet in der aktuellen Ausgabe des Fachblattes Nature veröffentlicht.
Das Team um den theoretischen Physiker Qimiao Si von der amerikanischen Rice Universität wandte in seiner Arbeit die Gesetze der Quantenmechanik auf Systeme stark wechselwirkender Elektronen an. In derartigen “stark korrelierten Systemen” verhalten sich einzelne Elektronen nicht mehr unabhängig voneinander. Unter diese Klasse fallen zum Beispiel Hochtemperatursupraleiter und bestimmte Klassen von Metallen – so genannte “schwere Fermionen-Metalle” wie etwa Plutoniumverbindungen.
Das Ergebnis der Studie ist die Vorhersage einer neuen Art von Phasenübergang in stark korrelierten Systemen. Damit bezeichnet man den Umstand, dass unter bestimmten Bedingungen kleinste Änderungen der Umgebung des Elektronensystems zu einem drastisch veränderten Verhalten der Elektronen führen können – ein Phasenübergang findet statt. Derartige Quantenphasenübergänge können durch spontan stattfindende Fluktuationen ausgelöst werden.
Die Forscher hoffen, ihre neue Theorie auf eine Vielzahl von experimentell beobachteten Quantenphänomenen anwenden zu können. Erste Vergleiche der theoretischen Vorhersagen über das Verhalten von Hochtemperatursupraleitern zeigen bereits eine hohe Übereinstimmung mit experimentellen Beobachtungen.
Stefan Maier
