Forscher finden neues Material, in dem sich Spins wie richtige Stabmagnete verhalten

Das Bild zeigt die antiferromagnetische Anordnung der  <br />Spins im Material LiErF4. Den Forschern gelang es, <br />sie mithilfe der Neutronenbeugung an der Berliner <br />Neutronenquelle BER II zu entdecken.

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.

SZ


Das könnte Sie auch interessieren

  • Neutronenexperiment am BER II deckt neue Spin-Phase in Quantenmaterial auf
    Science Highlight
    18.03.2024
    Neutronenexperiment am BER II deckt neue Spin-Phase in Quantenmaterial auf
    In quantenmagnetischen Materialien unter Magnetfeldern können neue Ordnungszustände entstehen. Nun hat ein internationales Team aus Experimenten an der Berliner Neutronenquelle BER II und am dort aufgebauten Hochfeldmagneten neue Einblicke in diese besonderen Materiezustände gewonnen. Der BER II wurde bis Ende 2019 intensiv für die Forschung genutzt und ist seitdem abgeschaltet. Noch immer werden neue Ergebnisse aus Messdaten am BER II publiziert.
  • Spintronik: Röntgenmikroskopie an BESSY II kann Domänenwände unterscheiden
    Science Highlight
    28.08.2023
    Spintronik: Röntgenmikroskopie an BESSY II kann Domänenwände unterscheiden
    Magnetische Skyrmionen sind winzige Wirbel aus magnetischen Spin-Texturen. Im Prinzip könnten Materialien mit Skyrmionen als spintronische Bauelemente verwendet werden, zum Beispiel als sehr schnelle und energieeffiziente Datenspeicher. Doch im Moment ist es noch schwierig, Skyrmionen bei Raumtemperatur zu kontrollieren und zu manipulieren. Eine neue Studie an BESSY II analysiert nun die Bildung von Skyrmionen in einem besonders interessanten Material in Echtzeit und mit hoher räumlicher Auflösung: Es handelt sich um ferrimagnetische Dünnschichten aus Dysprosium und Kobalt. Die Ergebnisse zeigen, dass es möglich ist, den Skyrmionentyp klar zu bestimmen.
  • Spintronik an BESSY II: Domänenwände in magnetischen Nanodrähten
    Science Highlight
    02.06.2023
    Spintronik an BESSY II: Domänenwände in magnetischen Nanodrähten
    Magnetische Domänenwände sorgen für elektrischen Widerstand, da es für Elektronenspins schwierig ist, ihrer magnetischen Struktur zu folgen. Dieses Phänomen könnte in spintronischen Bauelementen genutzt werden, bei denen der elektrische Widerstand je nach Vorhandensein oder Fehlen einer Domänenwand variieren kann. Eine besonders interessante Materialklasse sind Halbmetalle wie La2/3Sr1/3MnO3 (LSMO). Sie weisen vollständige Spinpolarisation auf. Allerdings war der Widerstand einer einzelnen Domänenwand in Halbmetallen bisher noch nicht bestimmt worden. Nun hat ein Team aus Spanien, Frankreich und Deutschland eine einzelne Domänenwand auf einem LSMO-Nanodraht erzeugt und Widerstandsänderungen gemessen, die 20mal größer sind als bei normalen Ferromagneten wie Kobalt.