Forscher finden neues Material, in dem sich Spins wie richtige Stabmagnete verhalten
Das Bild zeigt die antiferromagnetische Anordnung der
Spins im Material LiErF4. Den Forschern gelang es,
sie mithilfe der Neutronenbeugung an der Berliner
Neutronenquelle BER II zu entdecken.
Ein internationales Team von Forschern aus der Schweiz, Großbritannien und Deutschland hat ein neues Material entdeckt, das sich hervorragend dafür eignet, die Verhaltensweise von Spins zu studieren. Die Forscher konnten zeigen, dass sich die Spins in dem farblosen Salz mit der chemischen Formel LiErF4 wie richtige Stabmagneten verhielten.
Zudem ist es ihnen gelungen, mithilfe von Quantenmechanismen die magnetischen Eigenschaften des Materials an- und auszuschalten. Das federführende Forscherteam am Laboratory for Quantum Magnetism (Schweiz) und am London Centre for Nanotechnology wurde bei ihren Messungen von Wissenschaftlern des HZB unterstützt. Die Ergebnisse veröffentlichten die Forscher kürzlich im Fachmagazin Science (DOI: 10.1126/science.1221878).
Für ihre Untersuchungen fanden die Forscher am HZB ideale Bedingungen vor. Denn um das Verhalten der Spins besser studieren zu können, haben die Forscher das Material auf 0,04 Grad Celsius über dem absoluten Nullpunkt abgekühlt. Im Laboratory for Magnetic Measurements (LaMMB) am HZB führten sie hochpräzise Wärmekapazitätsmessungen durch, die für die Charakterisierung der Phasenübergänge in dem Material entscheidend waren. Anschließend untersuchten sie die Proben mithilfe der Neutronenbeugung an der Berliner Neutronenquelle BER II. Am Einkristalldiffraktometer E4 gelang es dem Team, alle Spins in dem Material sichtbar zu machen und nachzuweisen, dass sich die Anordnung der Spins antiferromagnetisch verhielt. Besonders fruchtbar war, dass die Forscher am HZB sowohl das LaMMB als auch die Neutronenbeugung für ihre Untersuchungen nutzen konnten. Dadurch standen dem Forscherteam komplementäre Methoden zur Verfügung, die wichtige, aufeinander aufbauende Informationen über das Material lieferten. Ergänzt wurden die Messungen durch weitere Experimente an der Schweizer Neutronenquelle SINQ am Paul Scherrer Institut.
Mit der Entdeckung des Salzes haben Forscher nun ein Material zur Verfügung, das perfekte Voraussetzungen für die Erforschung weiterer quantenmechanischer Mechanismen bietet. Über das Ergebnis berichtete der Informationsdienst „ScienceDaily“, auf dessen Seite Sie weitere Erklärungen zum Nutzerexperiment am BER II finden.
Link zum Paper.
- Wichtiger Schritt zum Nachweis von Fraktonen in QuantenspinflüssigkeitenNachdem allgemeinere Eichfeldtheorien die Existenz von Fraktonen in Quantenspinflüssigkeiten bereits vorhergesagt haben, ist es einem Team des HZB gelungen diese Quasiteilchen auch in einem Quanten-Festkörpermodell nachzuweisen.
- Magnetische Bildgebung: Mikroblumen verstärken das lokale MagnetfeldMaterialien mit magnetischen Nanostrukturen bieten viele Anwendungsmöglichkeiten, beispielsweise in der Spintronik. Um solche Materialien zu untersuchen, sind magnetisch empfindliche Bildgebungsverfahren im Nanobereich geeignet, bisher konnten während des Bildgebung jedoch nur schwache Magnetfelder angelegt werden. Nun hat eine internationale Forschungsgruppe unter der Leitung von Dr. Sergio Valencia vom HZB einen Ansatz entwickelt, der diese Einschränkung überwindet. Das Team entwarf winzige Magnetflusskonzentratoren (MFCs). Die Geometrie der MFCs ähnelt einer Blume und fokussiert das angelegte Magnetfeld auf das Zentrum, in dem die Probe sitzt. Die „Mikroblumen“, die das Magnetfeld lokal verstärken, können in vielen nanometrischen magnetischen Mikroskopieverfahren eingesetzt werden.
- Magnon-Momentum-Mikroskopie: Neues Fenster in nanoskalige SpinwellenEin internationales Team unter der Leitung des Max-Born-Instituts hat eine neue Art der Momentum-Mikroskopie entwickelt, mit der Magnonen – die Quanten kollektiv angeregter Spins – mithilfe von Weichröntgenstrahlung direkt im zweidimensionalen reziproken Raum abgebildet werden können. Die Messungen fanden an BESSY II und Petra III statt. Erstautor ist der HZB-Physiker Steffen Wittrock. Dank ihrer Empfindlichkeit, Einfachheit und der Möglichkeit, Wellenlängen im Nanometerbereich aufzulösen, bildet diese neuartige Methode eine leistungsstarke und vielseitige Plattform für die Erforschung nichtlinearer Magnonen-Wechselwirkungen, die für zukünftige Rechenkonzepte interessant sind.