Neuartige eisenbasierte Supraleiterschichten - Hochdrucktechniken, Vortexdynamik und Korngrenzencharakteristiken

• Antragsteller: Dr. Jens Hänisch
• Fachliche Zuordnung: Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien ; Experimentelle Physik der kondensierten Materie ; Festkörper- und Oberflächenchemie, Materialsynthese
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 569596759

Fe-basierte Supraleiter, die zweite Klasse von Hochtemperatursupraleitern neben den Kupraten, sind für Grundlagenforschung und mögliche Anwendungen, z.B. in Hochfeldspulen, von Interesse. Dies liegt an ihren hohen kritischen Feldern, niedrigen Anisotropien und hohen kritischen Stromdichten, was hinsichtlich Eigenschaften und Anwendungspotenzial eine Lücke zwischen den klassischen Tieftemperatursupraleitern und den Kupraten schließt. Hier planen wir eine neue Methode zur Herstellung neuartiger und verbesserter Arten von FBS-Schichten durch die Kombination konventioneller Techniken bei Umgebungsdruck (CT-AP) (d. h. gepulste Laserabscheidung, PLD) und Hochdrucktechniken. Wir konzentrieren uns auf zwei wichtige Klassen, die sogenannten 1111 (REFeAsO; RE = seltene Erden) und 1144 (AeAFe4As4; Ae = Ca, Eu; A = K, Rb). Für 1111 werden neue Varianten gewachsen, und es werden vollständige Phasendiagramme erstellt. Für 1144 gibt es bisher keine Dünnschichten, die aber mit Spannung erwartet werden und wichtig für grundlegende und angewandte Untersuchungen sind, z. B. für Messungen des elektrischen Transports. Es handelt sich um ein Teilprojekt mit hohem Risiko und hohem Nutzen. Der Materialaspekt des Projekts besteht darin, Hochdruckmethoden für Dünnschichttechniken zu etablieren und neue Arten von FBS-Dünnschichten zu synthetisieren. Der physikalische Aspekt ist die Bestimmung von Phasendiagrammen (in Bezug auf Dotierung und Magnetfeld) und fundamentalen Konstanten (Eindringtiefe, Kohärenzlänge und deren Anisotropien), der technische Aspekt ist die Bewertung des Anwendungspotenzials dieser neuen FBS-Phasen. Nur wenige Studien haben die Vorteile der Hochdruckpräparation von FBS-Bulk- und Einkristallen im Vergleich zu konventionellen Methoden nachgewiesen, wie z. B. die kontrollierte Änderung des Phasendiagramms, die verbesserte Reaktivität, die Verhinderung von Verdampfung und darüber hinaus die Verbesserung der supraleitenden Eigenschaften. Eine systematische Untersuchung einer Reihe von Proben ist jedoch erforderlich, um die intrinsischen Eigenschaften von FBS zu ermitteln. Hochdrucktechniken werden in diesem Projekt auf verschiedene Weise eingesetzt: Synthese von dichten und homogenen Volumenproben und Targets, Aufwachsen von Dünnschichten, Tempern der Schichten und Untersuchung der Hochdruckeigenschaften der Proben. Die unter Hochdruck hergestellten Volumenproben dienen als Targets für PLD. Die erfolgreiche Durchführung des Projekts ist nur möglich durch die Kombination der Fachkenntnisse auf dem Gebiet der Dünnschichtabscheidung am KIT Karlsruhe und der Hochdruckmethoden am IHPP Warschau mit je einem Doktorandenprojekt. Die erwarteten Ergebnisse dieses Projekts werden neue Methoden für das Dünnschichtwachstum, neuartige Fe-basierte Supraleiterphasen, vollständige Phasendiagramme, ein tieferes Verständnis der grundlegenden und anwendungsbezogenen Eigenschaften sowie eine verstärkte europäische Zusammenarbeit und Ausbildung junger Wissenschaftler sein.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Polen
• Partnerorganisation: Narodowe Centrum Nauki (NCN)
• Kooperationspartner: Professor Shiv Jee Singh, Ph.D.