Magnetismus in atomarer Auflösung

Forscherteam aus Jülich öffnet neuen Blick ins Innere von Materialien

9. Juli 2025

Einem internationalen Forschungsteam unter Leitung des Forschungszentrums Jülich ist es gelungen, den Magnetismus im Inneren von Festkörpern sichtbar zu machen – in bislang unerreichter Präzision. Mit einer neu entwickelten Methode konnten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler die feinsten Bausteine des Magnetismus direkt und auf atomarer Ebene abbilden. Ihre Ergebnisse haben sie in der renommierten Fachzeitschrift Nature Materials veröffentlicht.

Magnetismus ist aus unserem Alltag nicht wegzudenken – er steckt in elektrischen Motoren, in Lautsprechern und in den Speichermedien moderner Computer. Er entsteht durch die Bewegung und den Spin von Elektronen. Bisherige Techniken konnten diese Eigenschaften nur begrenzt und oft nur an der Oberfläche von Materialien messen. Das Team um Dr. Hasan Ali und Prof. Rafal E. Dunin-Borkowski hat nun mit einem hochmodernen Elektronenmikroskop eine neue Methode entwickelt, um die magnetischen Eigenschaften in bisher nicht gekannter Auflösung zu erfassen.

„Unsere Technik erlaubt es, die magnetischen Eigenschaften innerhalb eines Materials mit atomarer Präzision sichtbar zu machen“, erklärt Dr. Hasan Ali, Erstautor der Studie. „So können wir beobachten, wie sich die Bewegung und der Spin der Elektronen im Kristallgitter verhalten.“

Überraschende Einblicke ins Eisen

Die Forscher untersuchten zunächst einen Eisenkristall – eines der am besten bekannten magnetischen Materialien. Dabei machten sie eine überraschende Entdeckung: Selbst innerhalb eines einzigen Kristalls variiert das Verhältnis der sogenannten orbitalen und spinbedingten magnetischen Momente lokal deutlich. Diese feinen Unterschiede haben großen Einfluss auf die magnetischen Eigenschaften und waren bislang nicht messbar.

„Das ist ein großer Fortschritt für unser Verständnis von Magnetismus“, sagt Prof. Dunin-Borkowski, Direktor am Forschungszentrum Jülich. „Die neue Methode wird uns helfen, Materialien gezielt so zu gestalten, dass sie in Zukunft noch effizienter und leistungsfähiger werden.“

Perspektiven für neue Technologien

Die Ergebnisse sind nicht nur für die Grundlagenforschung bedeutsam. Sie eröffnen auch neue Chancen für die Entwicklung innovativer Technologien. So könnte die neue Methode künftig helfen, energiesparende Speicherlösungen zu entwickeln oder die noch junge Spintronik voranzubringen – ein Forschungsfeld, das den Spin von Elektronen zur Informationsverarbeitung nutzt.

Originalpublikation: Visualizing subatomic orbital and spin moments using a scanning transmission electron microscope, Nature Materials, May 2025, by Hasan Ali, Jan Rusz, Daniel E. Bürgler, Joseph V. Vas, Lei Jin, Roman Adam, Claus M. Schneider & Rafal E. Dunin-Borkowski
DOI: https://doi.org/10.1038/s41563-025-02242-6