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Chirale Magnete: wenn eins und eins gleich drei sind

19.09.2008
Ein Material, das stark magnetisiert ist und zugleich eine chirale Struktur besitzt [1], weist auch eine dritte Eigenschaft auf, die als magneto-chiraler Dichroismus bezeichnet wird.

Eine Zusammenarbeit zwischen französischen Forschern hat es nun ermöglicht, diese Eigenschaft in einem chiralen synthetischen Magneten zu beobachten. Zu diesem Thema wurde ein Artikel in der Zeitschrift Nature Materials veröffentlicht.

Die Erforschung der Wechselwirkung zwischen Licht und Materie ist ein sehr altes Forschungsgebiet, das jeden Tag neue theoretische Prognosen, neue Methoden und neue Materialien hervorbringt. Bereits in den 80er Jahren sagten Forscher voraus, dass ein Material, welches zugleich magnetisiert und chiral ist, auch eine dritte Eigenschaft aufweisen müsste. Dabei handelt es sich um den sog. magneto-chiralen Dichroismus, einem magneto-optischen Signal, das unter nicht-polarisiertem Licht sichtbar werden müsste und dessen Eigenschaft der Chiralität bzw. der Magnetisierung entspricht. Die Intensität des Signals sollte sich proportional zur Magnetisierung verhalten.

Dieser Effekt wurde erstmals Ende der 90er Jahre bei Messungen an Materialien festgestellt, die nur leicht magnetisch, diamagnetisch und paramagnetisch waren. Unter diesen Bedingungen ist nur eine schwache Intensität zu beobachten. Zu diesen Ergebnissen kam es dank der interdisziplinären Zusammenarbeit von Chemikern des Labors für anorganische Chemie und molekulare Materialien (CNRS, Universität Pierre und Marie Curie) und Physikern des französischen Labors für Pulsmagnetfelder (CNRS, französisches Institut für angewandte Wissenschaften (INSA), Universität Paul Sabatier).

Es gelang ihnen ein gleichzeitig durchsichtiges, stark magnetisiertes und perfekt chirales Material zu entwerfen, zu synthetisieren und zu messen. Hierfür synthetisierten die Forscher zunächst rational einen chiralen Magneten unter milden Druck- und Temperaturbedingungen. Auf diese Weise wurden chirale und magnetische „Molekularbausteine“ zusammengefügt, ohne ihre Natur zu verändern. Die Chiralität wurde durch intermolekulare Wechselwirkungen und der Magnetismus durch intramolekulare Wechselwirkungen kontrolliert. Das Material wurde bei einer Temperatur von 7K (~-267°C) ferromagnetisch, wobei die Intensität sich versiebzehnfachte.

Diese Ergebnisse eröffnen einerseits neue Perspektiven für Anwendungen des magneto-chiralen dichroischen Effekts beim Lesen von Informationen, die auf ferromagnetischen Materialien gespeichert sind, und verhelfen andererseits zu einem besseren Verständnis der mikroskopischen Parameter, die diesen Effekt beeinflussen. Des Weiteren ermöglichen sie künftig die Synthese neuer multifunktionaler molekularer Materialfamilien mit unerwarteten Eigenschaften.

[1] – Chiralität ist die optische Eigenschaft bestimmter Gegenstände oder Systeme, dass ihr Spiegelbild durch Drehung nicht mit dem Original zur Deckung gebracht werden kann (z.B. rechte und linke Hand)

Kontakt: Cyrille Train - CNRS-Chimie Inorganique et Matériaux Moléculaires - Tel: +33 144 273 059 –
E-Mail: cyrille.train@upmc.fr
Quelle: « Aimants chiraux : quand un et un font trois », CNRS – 09.2008
Redakteurin: Nadia Heshmati, nadia.heshmati@diplomatie.gouv.fr
Wissenschaft-Frankreich (Nummer 149 vom 18.09.08)
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