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Eine neue Art des Magnetismus

Astronomie|Physik • bdw+

3. Mai 2024

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Blick in die Zukunft: Materialien mit neu entdeckten Eigenschaften werden vielleicht bald die Leistungsfähigkeit der Computer- und Mobilfunktechnik enorm verbessern. Das Foto zeigt einen Teil der Anlage an der Universität Mainz zur gepulsten Laserabscheidung von oxidischen magnetischen Materialien, etwa Rutheniumdioxid.
© Eric Lichtenscheidt, Materials Science in Mainz, JGU MainzMathias Kläui vom Institut für Physik der Universität Mainz im Labor.
© Universität Konstanz
Großer Aufwand für kleine Stoffe: Die Molekularstrahlepitaxie (MBE) ist ein modernes Verfahren, um in einem Hochvakuum kristalline dünne Schichten herzustellen, beispielsweise hochwertige Halbleiter. Mit dieser Technik ist es möglich, scharfe Grenzflächen zwischen den Schichten zu erzeugen und eine exakte Zusammensetzung des Materials zu erreichen. Die MBE basiert auf der physikalischen Gasphasenabscheidung. Bei diesem Beschichtungsverfahren wird das Ausgangsmaterial in die Gasphase überführt und dann zum Substrat geführt, wo es kondensiert und die gewünschte Schicht ausbildet. Das Foto zeigt den MBE-Cluster in Mainz zur Abscheidung von dünnen Altermagneten mittels Kathodenstrahlzerstäubung.
© André Wirsig, ForLab MagSens, JGU MainzHier werden Proben von Altermagneten mit der Photoemissionsspektroskopie charakterisiert. Dabei lassen sich Eigenschaften wie ihre Bandstruktur ermitteln.
© André Wirsig, ForLab MagSens, JGU MainzYarina Lytvynenko war früher am Institut für Magnetismus in Kiew, Ukraine, und forscht nun an der Universität Mainz. Hier arbeitet sie an einer Anlage mit mehreren Kammern, die zur flexiblen Abscheidung von dünnen Altermagneten dient.
© André Wirsig, ForLab MagSens, JGU MainzEnergiereiche Analyse: In Mainz werden mithilfe der Röntgenbeugung die Eigenschaften und Schichtdicken von Kristallen gemessen.
© André Wirsig, ForLab MagSens, JGU MainzZur ortsaufgelösten Messung der Spinpolarisation von emittierten Elektronen, kann man – wie hier an der Universität Mainz – ein Rasterelektronenmikroskop mit Polarisationsanalyse verwenden. Dabei werden Elektronen auf die Probe geschossen. Sie lösen Elektronen aus dem Material, deren Spinpolarisation sich dann detektieren lässt. Alternativ können Altermagneten mit der Photoemissionsspektroskopie analysiert werden. Dabei führen energiereiche Photonen, die auf einen Festkörper geschossen werden, zum Austritt der Elektronen.
© André Wirsig, ForLab MagSens, JGU MainzChangyoung Kim (oben in der Mitte), Physik-Professor an der Universität Seoul in Südkorea, mit seinem Team.
© Changyoung Kim/Seoul UniversityDurchbruch in Südkorea: An diesem Molekularstrahlepitaxie-Cluster an der Universität Seoul haben Physiker altermagnetisches Material hergestellt.
© Changyoung Kim/Seoul UniversityPräzisionsarbeit in Seoul: Suyong Lee am Molekularstrahlepitaxie-Cluster.
© Changyoung Kim/Seoul UniversityARPES-Apparatur in Seoul: Mithilfe dieser High-tech-Photoemissionsspektroskopie kann nicht nur die Energie der Photoelektronen gemessen werden, sondern auch der Winkel, unter dem sie eine Materialprobe verlassen (angle-resolved photoemission spectroscopy). Das ermöglicht genaue Rückschlüsse auf die Eigenschaften des Materials.
© Changyoung Kim/Seoul UniversityEine neue Art von Magnetismus, der sich gewissermaßen hinter bekannten Magneten versteckt hatte, ließ sich unter anderem in dieser altermagnetischen Materialprobe aus Mangantellurid nachweisen, die an der Universität Seoul hergestellt wurde. Das Phänomen eröffnet neue Möglichkeiten für die Elektronik und den Mobilfunk.
© Changyoung Kim/Seoul University

Wichtig für die Elektronik von übermorgen: Jetzt glückte der Nachweis von Materialien mit der überraschenden Eigenschaft eines sogenannten Altermagnetismus.

von DIRK EIDEMÜLLER

Manchmal ist es in der Wissenschaft wie im normalen Leben: Man denkt, man kennt seine Umgebung genau, bis man plötzlich in einer Nachbarstraße