Physik
22.11.2023, 08:49 Uhr
Zürcher Forscher weisen neue Art von Magnetismus nach
Forschende der ETH Zürich haben eine neue Art von Magnetismus nachgewiesen. Diese war zwar theoretisch bereits diskutiert worden, ein experimenteller Nachweis in Festkörpersystemen fehlte aber bisher, wie es in einer neuen Studie im Fachblatt "Nature" heisst.
Im Moiré-Material der ETH-Forschenden sind die Elektronen-Spins ungeordnet, wenn sich genau ein Elektron auf einem Gitterplatz befindet (links). Sobald es mehr Elektron als Gitterplätze gibt (rechts) und sich aus je zwei Elektronen Doublons bilden können (rot), richten sich die Spins ferromagnetisch aus, da so die kinetische Energie des Doublons minimiert wird.
(Quelle: ETH)
Der Nachweis des als "kinetischen Magnetismus" bezeichneten Effekts erbrachten die Forscherinnen und Forscher der Eidgenössischen Technische Hochschule in Zürich (ETH Zürich) bei der Untersuchung eines speziellen, künstlich hergestellten Materials, wie die Hochschule mitteilte.
Konkret kommt beim kinetischen Magnetismus die Ausrichtung der sogenannten magnetischen Momente ganz anders zustande, als bei herkömmlichen Magneten. Das künstliche Material mit dem speziellen Magnetismus stellten die Forschenden durch das Stapeln hauchdünner Schichten zweier verschiedener Halbleitermaterialien her. Durch dieses Verfahren entstehen sogenannte Moiré-Materialien.
"Solche Moiré-?Materialien haben in den letzten Jahren grosses Interesse hervorgerufen, da man mit ihnen Quanteneffekte von stark wechselwirkenden Elektronen in Festkörpermaterialien sehr gut untersuchen kann", wurde der Studienleiter Ataç Imamo?lu in der Mitteilung zitiert. Über ihre magnetischen Eigenschaften sei aber bisher wenig bekannt gewesen.
"Ein schlagender Hinweis"
Bei den Untersuchungen füllte die Physikerinnen und Physiker die Moiré-Gitter mit Elektronen. Dabei stellten sie fest, dass sich das Material wie ein Magnet verhielt, sobald mehr als ein Elektron pro Gitterplatz vorhanden war.
"Das war ein schlagender Hinweis auf eine neue Art von Magnetismus, die durch die Austauschwechselwirkung nicht erklärt werden kann", erklärte Imamo?lu. Denn wenn die Austauschwechselwirkung für den Magnetismus verantwortlich wäre, würde dieser schon mit weniger Elektronen im Gitter auftreten. Das plötzliche Einsetzen lasse also auf einen anderen Effekt schliessen.
Die Forschenden erklären das damit, dass das Material magnetisch wird, weil die Bewegungsenergie der Elektronen minimiert ist, wenn sich ihre magnetischen Momente parallel ausrichten.
