Ein ferroelektrischer Magnet mit aussichtsreichen Anwendungsperspektiven

Magnetische Materialien sind der Menschheit seit der Antike bekannt. Heute finden Ferromagnete vielfältige Anwendungen in der modernen Technologie – vom Elektromotor bis zur Computer-Festplatte. Erst vor 80 Jahren wurden Ferroelektrika entdeckt. Sie verhalten sich in ihren elektrischen Eigenschaften ganz ähnlich wie Ferromagnete und auch sie haben längst ein breites Anwendungsgebiet – z. B. in elektronischen Bauelementen oder als schnelle nichtflüchtige Speicherelemente, die auch ohne Stromzufuhr ihre gespeicherte Information nicht verlieren. Wie die heutige“ Nature“-Ausgabe berichtet, ist es Augsburger Physikern jetzt gelungen, einen neuen ferroelektrischen Ferromagneten zu synthetisieren, der beide Eigenschaften in einem Material kombiniert, und zwar so, dass sich damit ein ganz neues Feld von Anwendungen in der Optik und in der elektronischen Schaltungstechnik, insbesondere aber – und von besonderem Interesse – bei der Entwicklung neuer elektronischer Speichertechniken eröffnet.

Obwohl sie in jüngerer Zeit Gegenstand intensiver Forschung waren, sind bislang nur sehr wenige ferroelektrische Magnete entdeckt worden, und die wenigen, die mittlerweile bekannt sind, zeigen mit Blick auf einen technologischen Einsatz nicht vielversprechende Perspektiven. Anders verhält es sich bei dem Material, das J. Hemberger, P. Lunkenheimer, R. Fichtl, H.-A. Krug von Nidda, V. Tsurkan und A. Loidl jetzt in Nature vorstellen: Gemeinsam mit einem Gastwissenschaftler aus Moldawien haben die Augsburger Physiker die Verbindung CdCr_2 S_4 untersucht und gefunden, dass diese Substanz ein ferroelektrischer Ferromagnet ist mit einem Anwendungspotential , das weit über dem liegt, was alle bisher bekannten Materialien dieser Art vorweisen können.

„Es ist die in diesem neuen Material extrem starke Kopplung von elektrischen und magnetischen Eigenschaften – man spricht hier von ’kolossalen magneto-elektrischen Effekten’ -, die uns selbst überrascht hat“, erläutert Prof. Dr. Alois Loidl, an dessen Lehrstuhl für Experimentalphysik V/Elektronische Korrelationen und Magnetismus die Entdeckung gelungen ist. Insbesondere diese extrem starke Kopplung sei es, die einerseits aussichtsreiche Ansatzpunkte für weitere Fortschritte beim Verständnis von ferroelektrischen Magneten biete und die andererseits zugleich berechtigte Hoffnung auf neue Anwendungsmöglichkeiten dieser exotischen Materialien mache.

Exotische Materialien? Die von den Augsburger Physikern synthetisierte ferroelektrische und -magnetische CdCr_2 S_4-Verbindung ist der Gruppe der sogenannten Spinell-Kristalle zuzurechnen. Spinelle sind wesentlicher Bestandteil des Erdmantels, ihre technische Anwendung – z. B. in der Hochfrequenztechnik – ist weit verbreitet. Allgemeiner bekannt sind Spinelle allerdings als ungewöhnlich schöne und seltene Edelsteine, die in der Vergangenheit oft – so etwa im Falle der englischen Kronjuwelen – mit Rubinen verwechselt wurden.