Manche Materialien geben der Physik über Jahrzehnte Rätsel auf. Strontiumruthenat – Chemikerkürzel Sr₂RuO₄ – ist so ein Fall. Ein neues Experiment der Universität Kyoto sollte eine alte Streitfrage klären. Das Ergebnis tut das Gegenteil: Es macht den ohnehin seltsamen Supraleiter „noch seltsamer".
Was Supraleitung überhaupt ist
Kühlt man bestimmte Materialien stark ab, verlieren sie schlagartig jeden elektrischen Widerstand: Strom fließt dann verlustfrei, gewissermaßen ewig im Kreis. Dieses Phänomen heißt Supraleitung. Der Schlüssel dazu sind sogenannte Cooper-Paare – Elektronen, die sich paarweise zusammentun und sich dadurch widerstandslos durch das Material bewegen. Die klassische Theorie (die BCS-Theorie von 1957) erklärt viele Supraleiter gut. Doch es gibt eine Klasse „unkonventioneller" Supraleiter, bei denen sich die Elektronen auf ungewöhnliche Weise paaren – und genau hier beginnt das Problem.
Warum dieser Kristall so rätselhaft ist
Entscheidend ist die Frage nach der Paarungssymmetrie: Wie genau ordnen sich die beiden Elektronen eines Cooper-Paars zueinander an? Welche Symmetrie ein Material wählt, verrät, nach welchen Regeln seine Supraleitung funktioniert. Bei Strontiumruthenat, das Yoshiteru Maeno 1994 entdeckte, kennt man die Antwort bis heute nicht – obwohl es als einer der saubersten, bestuntersuchten unkonventionellen Supraleiter gilt.
Lange galt eine elegante Hypothese: Sr₂RuO₄ sei ein seltener Supraleiter, bei dem die Elektronen-Spins gleich ausgerichtet sind (ein sogenannter Spin-Triplett-Zustand mit „p-Wellen"-Paarung). Solche Zustände gelten als Kandidaten für künftige topologische Quantencomputer. Frühe Messungen schienen das zu stützen.
Das Aus für die schöne Hypothese
Doch 2019 brach die Theorie ein. Fachleute um Stuart Brown von der University of California in Los Angeles wiederholten ein zentrales japanisches Experiment mit verbesserter Methodik – und fanden das Gegenteil des erwarteten Signals. Die Ursache war ein Messfehler: Die verwendeten Pulse hatten die Probe lokal so aufgeheizt, dass Teile der Messung gar nicht mehr im supraleitenden Zustand stattfanden. Seither deutet die Mehrheit der Daten eher auf einen Spin-Singulett-Zustand hin. Die jahrzehntelange Triplett-Erzählung war damit weitgehend hinfällig.
Was das neue Ergebnis zeigt
Die Physiker Giordano Mattoni und Yoshiteru Maeno gingen das Problem nun direkt an. Mit einem eigens gebauten Aufbau verformten sie hauchdünne Kristalle bei rund 1,5 Kelvin (etwa minus 271 Grad Celsius) durch gezielte Scherspannung und beobachteten, ob sich die Sprungtemperatur ändert. Die Idee: Reagiert ein Supraleiter empfindlich auf Scherung, spräche das für eine komplexere, „zweikomponentige" Paarungsform.
Das Resultat war ernüchternd – und überraschend: Die kritische Temperatur blieb stets bei etwa 1,5 Kelvin, unabhängig von der Verformung. Das spricht gegen die zweikomponentigen Modelle. Das Problem: Französische Forschende hatten 2020 mit dynamischen Ultraschallmessungen genau das Gegenteil beobachtet – eine starke Kopplung an Scherspannung. Beide Befunde widersprechen sich frontal.
Warum das wichtig ist
Gerade weil Strontiumruthenat so sauber und gut untersucht ist, gilt es als ideales Testobjekt, um zu verstehen, wie unkonventionelle Supraleitung funktioniert. Solange selbst dieses Musterbeispiel sich jeder Einordnung entzieht, fehlt der Physik ein verlässliches Fundament für die ganze Materialklasse – darunter Stoffe, die für künftige verlustfreie Stromtechnik oder Quantencomputer relevant sein könnten. Das neue Ergebnis schließt einige Modelle aus, eröffnet aber zugleich die Möglichkeit einer bislang nicht vorhergesehenen Paarungsform. Das Rätsel ist also nicht gelöst – es ist tiefer geworden.
