PSI: Elektronenaufspaltung in Festkörper beobachtet

Unter der Leitung von Experimentalphysikern des PSI und von theoretischen Physikern des Leibniz-Instituts für Festkörper- und Werkstoffforschung (IFW) in Dresden haben Wissenschafter am PSI Röntgenlicht der Synchrotron Lichtquelle Schweiz (SLS) auf eine Kristallstruktur aus Strontium-Kupferoxid Sr₂CuO₃ gerichtet. In diesem Material ist die Teilchenbewegung auf eine Dimension beschränkt: Sie können sich nur entlang einer Achse hin und her bewegen. Mithilfe der SLS-Strahlung konnten die Wissenschaftler einige Elektronen der Kupferatome in der Sr₂CuO₃-Probe auf Orbitale höherer Energie heben, was einer schnelleren Bewegung um den Atomkern entspricht. Nach dieser Anregung spalteten sich die Elektronen in zwei quantenmechanische Teilchen oder Wellen auf. Das eine dieser neu erzeugten Teilchen, das sogenannte Spinon, trug den Elektronenspin – also die magnetischen Eigenschaften des Elektrons. Das andere Teilchen, das Orbiton, trug das orbitale Moment, also die Eigenschaft der nun erhöhten Bahnenergie. Das PSI schreibt, in diesem Experiment konnten die Trennung dieser beiden fundamentalen Eigenschaften des an sich unteilbaren Elektrons erstmals beobachtet werden.

Die Forscher erhoffen sich, mit der beobachteten Elektronenaufspaltung das Verständnis der Hochtemperatur-Supraleitung erweitern zu können, da sich Elektronen in Sr₂CuO₃ und in Supraleitern auf Kupferbasis ähnlich verhalten.