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Einstein in einem Eisenkristall

Jülich, 14. Dezember 20016. Winzig kleine relativistische Effekte bilden die Grundlage für die Funktionalität moderner Technologie, etwa der von magnetischen Festplatten und Datenspeichern. Erstmals beobachteten nun Forscher Eigenschaften einer elektronischen Struktur direkt, die bisher nicht sichtbar gemacht werden konnten: Die Methode der winkelaufgelösten Photoemissionsspektroskopie ermöglichte den Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern vom PGI-1/IAS-1, PGI-6 und der LMU München, die Bildung von Bandlücken in einer Eisenprobe, dem Prototyp eines Magnetmaterials, als Antwort auf die Richtungsänderung eines Magnetfeldes direkt zu visualisieren. Diese Lücken in den Energieniveaus der Elektronen entstehen gemäß Einsteins Relativitätstheorie, weil Elektronen, die durch den Probenkristall fließen, die Richtung des Magnetfeldes „spüren“.

In Spintronik-Bauteilen, die den Spin von Elektronen nutzen, bestimmen Bandlücken die Richtung der Magnetisierung und die Leitfähigkeit. Mit Hilfe solcher Analyse-Methoden könnte es schon bald viel leichter werden, Materialien für spintronische Anwendungen maßzuschneidern. „Für Wissenschaftler meiner Generation sind diese Experimente die Verwirklichung eines Traums“, so Prof. Stefan Blügel, aus Jülich, Direktor am Peter Grünberg Institut und am Institute for Advanced Simulation. „Der Grund dafür, dass die Drehung der Magnetisierung den Fluss der Elektronen beeinflusst, ist die sogenannte Spin-Bahn-Wechselwirkung. Diese tatsächlich einmal spektroskopisch zu „sehen“, hatte ich nicht für möglich gehalten.“

PhotoemissionsspektrenWinkelaufgelöste Photoemissionsspektren einer Eisenprobe in Abhängigkeit von der Magnetisierungsrichtung.
Copyright: Forschungszentrum Jülich

Originalveröffentlichung:

Fermi surface manipulation by external magnetic field demonstrated for a prototypical ferromagnet;
E. Mlynczak, M. Eschbach, S. Borek, J. Minár, J. Braun, I. Aguilera, G. Bihlmayer, S. Döring, M. Gehlmann, P. Gospodaric, S. Suga, L. Plucinski, S. Blügel, H. Ebert, and C. M. Schneider;
Phys. Rev. X 6, 041048 – Published 9 December 2016, DOI: 10.1103/PhysRevX.6.041048

Weitere Informationen:

Institutsbereich Quanten-Theorie der Materialien (PGI-1/IAS-1)

Institutsbereich Elektronische Eigenschaften (PGI-6)



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