Fermi-Bögen in Antiferromagneten an BESSY II entdeckt
An BESSY II konnte die Fermi-Oberfläche von antiferromagnetischem NdBi gemessen werden. Dabei zeigten sich so genannte Fermi-Bögen. © https://www.nature.com/articles/s41586-022-04412-x.
Eine internationale Kooperation hat Proben von NdBi-Kristallen untersucht, die interessante magnetische Eigenschaften aufweisen. Bei ihren Experimenten, darunter Messungen an BESSY II, konnten sie Hinweise auf so genannte Fermi-Bögen im antiferromagnetischen Zustand der Probe bei tiefen Temperaturen finden. Diese Beobachtung wird durch bestehende theoretische Vorstellungen noch nicht erklärt und eröffnet faszinierende Möglichkeiten, diese Art von Materialien für innovative Informationstechnologien zu nutzen, die auf Spins statt auf Elektronen basieren.
Neodym-Bismut-Kristalle gehören zur breiten Palette von Materialien mit interessanten magnetischen Eigenschaften. Die Fermi-Fläche, die in den Experimenten gemessen wird, enthält Informationen über die Transporteigenschaften der Ladungsträger im Kristall. Während die Fermi-Fläche normalerweise aus geschlossenen Konturen besteht, sind unzusammenhängende Abschnitte, die als Fermi-Bögen bezeichnet werden, sehr selten und können Anzeichen für ungewöhnliche elektronische Zustände sein.
Ungewöhnliche Aufspaltung
In einer Studie, die jetzt in Nature veröffentlicht wurde, präsentiert das Team experimentelle Beweise für solche Fermi-Bögen. Sie beobachteten eine ungewöhnliche magnetische Aufspaltung im antiferromagnetischen Zustand der Proben unterhalb einer Temperatur von 24 Kelvin (der Néel-Temperatur). Diese Aufspaltung erzeugt Bänder mit entgegengesetzter Krümmung, die sich mit der Temperatur zusammen mit der antiferromagnetischen Ordnung ändern.
Diese Beobachtung ist sehr wichtig, weil sie sich von den bisher theoretisch betrachteten und experimentell beobachteten Fällen magnetischer Aufspaltungen fundamental unterscheidet. Bei den bisher bekannten Zeeman- und Rashba-Aufspaltungen bleibt die Krümmung der Bänder immer erhalten. Da beide genannten Effekte für die Spintronik wichtig sind, könnten die aktuellen Erkenntnisse zu neuen Anwendungen führen, zumal sich das Augenmerk bei der Spintronikforschung derzeit von traditionell ferromagnetischen hin zu antiferromagnetischen Materialien bewegt.
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Die Wirkungsanalyse wurde am 3. September 2026 an Dr. Henry Marx, Staatssekretär für Wissenschaft und Forschung im Berliner Senat übergeben. Er befürwortet Investitionen und setzt sich mit Nachdruck für BESSY III ein. - BESSY II gibt Einblick in die Oxidationsprozesse von KupferBevor sich reines Kupferoxid bildet, entstehen komplexe Superstrukturen aus Kupfer- und Sauerstoffatomen wie „29“CuxO. Einblicke in diese „29“-CuxO-Superstruktur sind relevant für die Katalysatorforschung und den Korrosionsschutz bei der Entwicklung von Kupferbehältern für Endlager für radioaktive Abfälle.
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