Superconductivity and Superfluidity: From Condensed Matter to Ultracold Quantum Gases

Vom 14. bis zum 18. Oktober fand das binationale WE-Heraeus-Seminar am International Institute of Physics (IIP) in Natal im Nordosten Brasiliens statt. Bei Planarvorträgen und Postersitzungen sowie den Mahlzeiten und der Exkursion diskutierten 80 Wissenschaftler lebhaft Unterschiede und Gemeinsamkeiten der beiden makroskopischen Quantenphänomene Supraleitung und Superfluidität. Dabei ergänzte sich die Expertise der brasilianischen und der deutschen Teilnehmenden, da diese unterschiedliche Bereiche der kondensierten Materie und der verdünnten Quantengase abdeckten.

In der kondensierten Materie führen neue experimentelle Methoden, Systeme und Proben regelmäßig zur Entdeckung weiterer Klassen von Supraleitern. Bei konventionellen Supraleitern wie Blei beruht die Paarung von Elektronen nach der BCS-Theorie (nach Bardeen, Cooper und Schrieffer) auf der Elektron-Phonon-Wechselwirkung. Bei unkonventionellen Supraleitern wie den Cupraten, den Eisenpniktiden oder den Nickelaten sind aber vermutlich andere Mechanismen wie Ladungs- oder Spinfluktuationen für die Paarung der Elektronen verantwortlich. Und schließlich ist in jüngster Zeit eine neue Klasse von unkonventionellen Supraleitern entdeckt worden, die auf Verdrehung und Stapelung von zwei oder mehr Graphenschichten beruht.
 

Auch bei verdünnten Quantengasen gibt es neue spannende Entwicklungen. So ermöglichen offen-dissipative Modelle ein tieferes Verständnis für die Lebensdauern von photonischen Kondensaten in mit Farbstoff gefüllten Mikrokavitäten. Bei Bose-Bose-Mischungen und dipolaren Bose-Gasen sind supersolide Phasen entdeckt worden, die auf Quantenfluktuationen beruhen. Ferner lässt sich heutzutage die Wechselwirkung zwischen zwei fermionischen Komponenten kontrolliert so einstellen, dass man einen kontinuierlichen Übergang vom BCS-Regime mit Cooper-Paaren zu einem Bose-Einstein-Kondensat (BEC) von Molekülen realisieren kann.

Interessanterweise sind solche BCS-BEC-Übergänge auch vor kurzem bei Supraleitern beobachtet worden. Beim Halogenid ZrNCl gelang dies durch eine Veränderung der Ladungsträgerdichte und beim Chalkogenid FeSe_1−xS_x durch Variation der Sulfidkonzentration. Allerdings sind noch weitere Untersuchungen in der kondensierten Materie und bei ultrakalten Quantengasen notwendig, um diese faszinierende Verbindung zwischen Supraleitung und kontinuierlichem BCS-BEC-Übergang genauer verstehen zu können.

Das brasilianisch-deutsche WE-Heraeus-Seminar bot eine willkommene Gelegenheit, bestehende Kollaborationen zwischen brasilianischen und deutschen Wissenschaftlern auszubauen und neue Formen der Zusammenarbeit auszuloten. Interessant ist in diesem Zusammenhang auch, dass das IIP in Natal plant, einen für Brasilien einzigartigen neuen Studiengang zu Quantentechnologien einzurichten. Wir danken der WE-Heraeus-Stiftung für die organisatorische und finanzielle Unterstützung. 

Prof. Dr. Rodrigo Pereira, UFRN, Natal, Brasilien

PD Dr. Axel Pelster, RPTU Kaiserslautern-Landau

Prof. Dr. Carlos Sá de Melo, GATECH, Atlanta, USA