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In einem Supraleiter fliesst elektrischer Strom ohne Widerstand. Dieses Verhalten ist in vielen wichtigen Anwendungsfällen nützlich, von ultraempfindlichen Sensoren bis MRT-Geräten. Normalerweise wird Supraleitfähigkeit in Metallen bei extrem tiefen Temperaturen nahe des Siedepunkts von flüssigem Helium gefunden. Einige ungewöhnliche Materialien zeigen jedoch Supraleitung bei relativ hohen Temperaturen, bspw. nahe des Siedepunkts von flüssigem Stickstoff. Trotz intensiver Forschung in den letzten drei Jahrzehnten bleibt der genaue Ursprung dieser sogenannten Hochtemperatursupraleitung unklar.
Wir planen, diese Materialen mit der komplexen Technik der winkelaufgelösten Photoemissionsspektroskopie (ARPES) zu untersuchen, die auf Einsteins Erklärung des Prinzip des Photoeffekts basiert. Diese Technik setzt voraus, dass die Proben extrem saubere und glatte Oberflächen aufweisen. Im Fall von Bismut-Oxiden müssen die Proben direkt im Messsystem mittels gepulster Laser-Deposition hergestellt werden. Nur dank der besonderen Kombination von Instrumenten und Fähigkeiten der Schweizer Lichtquelle am Paul Scherrer Institut ist dieses komplexe Projekt überhaupt möglich.
Die ARPES Spektren spiegeln direkt die Zustandsdichte der Elektronen im quantenmechanischen Impuls-Raum wider. Da Supraleitfähigkeit ein reines Quanten-Phänomenon ist, ist ARPES ein ideales Werkzeug um sie zu erforschen. Die Spektren enthüllen Informationen über die verschiedenen Wechselwirkungen der Elektronen, die die Supraleitfähigkeit sowohl unterstützen, als auch unterdrücken können. Wir schlagen vor, diese neuen, unkonventionellen Supraleiter mittels ARPES zu untersuchen, deren elektronische Struktur mit denjenigen von anderen Hochtemperatursupraleitern zu vergleichen, und dadurch die Faktoren besser zu verstehen, die diesem Phänomen zugrunde liegen.