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Einstein in einem Eisenkristall

23.12.2016

Winzig kleine relativistische Effekte bilden die Grundlage für die Funktionalität moderner Technologie, etwa der von magnetischen Festplatten und Datenspeichern. Bisher konnten die Eigenschaften einer elektronischen Struktur jedoch nicht sichtbar gemacht werden.

Nun konnten Forscher diese erstmals direkt beobachten: Mithilfe Winkelaufgelöster Photoemissionsspektroskopie konnten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern vom Jülicher Peter Grünberg Institut und von der LMU München sichtbar machen, wie sich Bandlücken in einer Eisenprobe bilden –– als Antwort auf die Richtungsänderung eines Magnetfeldes.


Winkelaufgelöste Photoemissionsspektren einer Eisenprobe in Abhängigkeit von der Magnetisierungsrichtung.

Copyright: Forschungszentrum Jülich

Nach Einsteins Relativitätstheorie entstehen diese Lücken in den Energieniveaus der im Probenkristall fließenden Elektronen, weil diese die Richtung des Magnetfeldes „spüren“. In Spintronik-Bauteilen, die den Spin von Elektronen nutzen, bestimmen Bandlücken die Richtung der Magnetisierung und die Leitfähigkeit.

Mithilfe 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 vom Peter Grünberg Institut.

„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.“

Originalpublikation:

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: Fermi surface manipulation by external magnetic field demonstrated for a prototypical ferromagnet; Phys. Rev. X 6, 041048 – Published 9 December 2016, DOI: 10.1103/PhysRevX.6.041048

Peter Grünberg Institut, Bereich Quanten-Theorie der Materialien (PGI-1/IAS-1):

http://www.fz-juelich.de/pgi/pgi-1/DE/Home/home_node.html

Peter Grünberg Institut, Bereich Elektronische Eigenschaften

(PGI-6):

http://www.fz-juelich.de/pgi/pgi-6/DE/Home/home_node.html

Presseteam | Forschungszentrum Jülich GmbH

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