In der Welt der Quantenmaterialien hat kaum eine Verbindung so viele Kontroversen ausgelöst wie das Kagome-Metall CsV3Sb5. Dieser geschichtete Kristall mit Vanadiumatomen auf einem Gitter aus Dreiecken bildet beim Abkühlen auf 94 Kelvin eine Ladungsdichtewelle und geht bei 2,5–3 Kelvin in einen supraleitenden Zustand über. Jahre von Experimenten lieferten widersprüchliche Ergebnisse: Einige Messungen deuteten auf eine gewöhnliche Supraleitung mit vollständig geöffneter Energielücke hin, andere auf Knoten, an denen die Lücke verschwindet.
Forscher der Universität Okayama unter der Leitung von außerordentlichem Professor Shinji Kawasaki und Professor Guo-qing Zheng setzten eine einachsige Dehnung der CsV3Sb5-Kristalle ein. Mit einer piezoelektrischen Zelle dehnten sie die Probe entlang einer Richtung und maßen gleichzeitig die Eigenschaften mit der Methode der Kernquadrupolresonanz. Die in Physical Review Letters veröffentlichten Ergebnisse zeigten, dass das Material nicht einen, sondern zwei energetisch nahe beieinanderliegende supraleitende Zustände besitzt.
Bei einer Dehnung um 0,9 Prozent stieg die Übergangstemperatur in den supraleitenden Zustand von 3,0 auf 3,6 Kelvin. Dabei blieb die Ladungsdichtewelle praktisch unverändert. Im Gegensatz zum hydrostatischen Druck, der beide Erscheinungen gleichzeitig beeinflusst, ermöglicht die einachsige Dehnung eine unabhängige Steuerung der Supraleitung.
Unter maximaler Dehnung zeigte das Material zwei deutlich getrennte Übergänge. Der erste, bei 3,6 Kelvin, entsprach einem knotenbehafteten (nichtkonventionellen) Zustand, der zweite – bei 3,0 Kelvin – einem knotenlosen (eher gewöhnlichen). Der Anteil der knotenbehafteten Komponente stieg von 10 auf 26 Prozent. Somit erhöht die Dehnung nicht nur die Temperatur, sondern verschiebt auch das Gleichgewicht zwischen zwei Paarungskanälen.
Die Kernquadrupolresonanz ermöglichte einen Blick auf die atomare Ebene und die Unterscheidung dieser Zustände anhand der lokalen elektronischen Umgebung. Die zuvor widersprüchlichen Daten verschiedener Gruppen finden nun eine Erklärung: Zwei Zustände existieren nahezu entartet nebeneinander, und verschiedene Methoden gewichteten sie unterschiedlich.
Die Entdeckung verwandelt CsV3Sb5 von einer Quelle der Verwirrung in ein praktisches Modellsystem. Nun können Wissenschaftler jeden Paarungskanal einzeln untersuchen, indem sie das Gitter verformen. Ein solcher Ansatz könnte zu einem allgemeinen Instrument werden, um Supraleitung und konkurrierende Ordnungen in anderen ungewöhnlichen Supraleitern zu trennen.
Obwohl die Übergangstemperatur in CsV3Sb5 derzeit noch zu niedrig für eine praktische Anwendung ist, bringt uns das Verständnis der Mechanismen der Konkurrenz zweier Zustände der Entwicklung von Materialien mit höherer Supraleitungstemperatur näher. Die Dehnung des Kristalls eröffnet einen neuen Weg zur Steuerung quantenmechanischer Eigenschaften.
