PSI entwickelt Analysemethode für neue Metalle

20. Juli 2021 12:55

Villigen AG - Eine vom Paul Scherrer Institut (PSI) und dem amerikanischen Brookhaven National Laboratory entwickelte Methode kann die Physik sogenannter korrelierter Metalle nun besser verstehen. Sie könnten in der Supraleitung, Datenverarbeitung und in Quantencomputern nützlich sein.

Forscher des PSI und des Brookhaven National Laboratory (BNL) auf Long Island im US-Bundesstaat New York haben gemeinsam eine Beschreibungsmethode für neue Metalle entwickelt. Sie hilft, deren Physik zu verstehen.

Stark korrellierte Materialen wie etwa Barium-Eisen-Arsenid zeigen „eine Fülle von faszinierenden Phänomenen“, so Thorsten Schmitt, Leiter der PSI-Forschungsgruppe für Spektroskopie neuartiger Materialen, in einer Mitteilung. Doch stelle das Verständnis und die Nutzung des komplexen Verhaltens, das diesen Phänomenen zugrunde liegt, eine grosse Herausforderung dar. Diese zu meistern ist aber notwendig, will man etwa unkonventionelle potenzielle Supraleiter wie Barium-Eisen-Arsenid in praktische Anwendungen wie Supraleitung, Datenverarbeitung oder Quantencomputer bringen.

Für das auch am PSI weiterentwickelte Verfahren namens resonant-inelastische Röntgen-Streuung, kurz RIXS (Resonant Inelastic X-rax Scattering), nutzten die Forschenden die intensive und hochpräzise Röntgenstrahlung der Synchrotron Lichtquelle Schweiz am PSI. Diese Methode funktioniert den Angaben zufolge besonders gut bei korrelierten Materialen.

Doch bei korrellierten Metallen hat es bisher versagt. „Die Berechnung der RIXS-Resultate von korrellierten Metallen ist deshalb schwierig, weil man gleichzeitig mehrere Elektronen-Orbitale, grosse Bandbreiten und eine Vielzahl von elektronischen Wechselwirkungen handhaben muss“, erklärt der theoretische Physiker Keith Gilmore, der inzwischen vom BNL an die Berliner Humboldt-Universität gewechselt ist. „In unserer neuen Beschreibungsmethode der RIXS-Prozesse kombinieren wir nun die Beiträge, die von der Anregung eines Elektrons herrühren, mit der koordinierten Reaktion aller Elektronen.“

Die Zusammenarbeit von Experimentierern und theoretischen Physikern wie Gilmore markierten den Durchbruch. „Der Fortschritt im Verständnis kommt im Besonderen dann, wenn man Experiment und Theorie zusammenbringt“, fasst Schmitt zusammen. „Diese Beschreibungsmethode hat somit Potenzial, eine Referenz für die Interpretation von spektroskopischen Experimenten an korrellierten Metallen zu werden. Die Arbeit des Teams wurde am Montag im Fachmagazin „Physical Review X“ veröffentlicht. mm

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