Navigation und Service

Magnetische Monopole in metallischer Verbindung

"Kagome-Spin-Eis"-Verhalten nachgewiesen

Jülich/Garching, 23. März 2020 – Bricht man einen Stabmagneten entzwei, so hat jeder der beiden Teile wieder einen Nord- und einen Südpol. Einzeln bewegliche magnetische Monopole waren bislang nur aus einer einzigen Klasse von magnetischen Kristallen bekannt. Ein internationales Forscherteam unter Beteiligung des Forschungszentrums Jülich hat nun Monopole in einem "Kagome-Spin-Eis"-Material nachgewiesen, welches zudem elektrisch leitfähig ist und dadurch Potential für Anwendungen besitzen könnte.

Teile der experimentellen Untersuchungen an der metallischen Verbindung HoAgGe führten die Wissenschaftler an einem Forschungsinstrument durch, das das Forschungszentrum Jülich und die RWTH Aachen gemeinsam am Heinz Maier-Leibnitz Zentrum in Garching bei München betreiben. Ein kürzlich am Neutronendiffraktometer POLI in Betrieb genommener supraleitender Hochfeld-Magnet ermöglichte, die Ausrichtung von einzelnen wechselwirkenden magnetischen Momenten der Atome im Kristallgitter zu bestimmen, die so genannte magnetische Struktur. "Dies geht nur mittels Neutronenbeugung", erläutert der instrumentverantwortliche Wissenschaftler Dr. Vladimir Hutanu. "Mit POLI können wir diese Messungen präzise temperatur- und magnetfeldabhängig durchführen und nutzen das Instrument auch zur Untersuchung komplexer magnetischer Strukturen in anderen Materialien mit Anwendungspotential, etwa neuartigen Quantenmaterialien, einem Forschungsschwerpunkt am Jülich Centre for Neutron Science (JCNS)." Die Wissenschaftler aus Jülich und Aachen führten einerseits die Neutronenmessungen durch und beteiligten sich zudem an der Analyse der Messergebnisse, in Kooperation mit ihren Internationalen Kollegen.

In HoAgGe besetzten Holmium-Spins die Ecken von Dreiecken, die zu einem Kagome-Muster geordnet sind.In HoAgGe besetzten Holmium-Spins die Ecken von Dreiecken, die zu einem Kagome-Muster geordnet sind. Die Ausrichtung benachbarter Spins (links, rote Pfeile) muss dabei der Eisregel gehorchen: Entweder ragen zwei Spins in ein Dreieck hinein und eins hinaus oder umgekehrt. Als Resultat verhalten sich die einzelnen Dreiecke, als wären sie magnetische Monopole (rechts).
Copyright: Universität Augsburg

Originalpublikation: Kan Zhao, Hao Deng, Hua Chen, Kate A. Ross, Vaclav Petříček, Gerrit Guenther, Margarita Russina, Vladimir Hutanu und Philipp Gegenwart: Realization of the kagome spin ice state in a frustrated intermetallic compound. Science, 3 Mar 2020: Vol. 367, Issue 6483, pp. 1218-1223, DOI: 10.1126/science.aaw1666

Weitere Informationen:

Ausführliche Informationen in der Pressemitteilung der Universität Augsburg "Magnetische Messungen weisen 'Kagome-Spin-Eis'-Verhalten nach" vom 18. Mäerz 2020

Website des Jülich Centre for Neutron Science – Quantenmaterialien und kollektive Phänomene (JCNS-2)

Website des Heinz Maier-Leibnitz Zentrums

Website des Instituts für Kristallographie der RWTH Aachen

Ansprechpartner:

Dr. Vladimir Hutanu, Dr. Hao Deng
Forschungszentrum Jülich/RWTH Aachen
JCNS-Außenstelle am Heinz Maier-Leibnitz Zentrum
Tel: 089 289-12153
E-Mail: v.hutanu@fz-juelich.de, hao.deng@frm2.tum.de

Pressekontakt:

Angela Wenzik, Wissenschaftsjournalistin
Forschungszentrum Jülich
Tel: 02461 61-6048
E-Mail: a.wenzik@fz-juelich.de