Magnetismus in zwei Dimensionen

Mit der Temperatur hat es wenig zu tun, wenn Physiker von „Spin-Eis“ sprechen. „Dabei geht es stattdessen um die Kuriosität der Anordnung“, sagt Prof. Dr. Manfred Albrecht, Inhaber der Professur Oberflächen- und Grenzflächenphysik der TU Chemnitz. Hierbei befolgen die magnetischen Momente einzelner Bausteine in einem Gitter die gleichen Ordnungsregeln wie die Wasser-Moleküle im normalen Eis.

„Spin-Eis hat in den vergangenen Jahren ein hohes Forschungsinteresse geweckt“, sagt Albrecht. Denn im Spin-Eis können sich magnetische Nord- und Südpole beliebig weit voneinander entfernen. Dadurch entsteht der Eindruck als gäbe es frei bewegliche Träger von magnetischen Monopolen. Diese magnetischen Monopole widersprechen zunächst der gängigen Vorstellung, dass Magnete immer zwei Pole haben – einen Süd- und einen Nordpol. Um weitere Erkenntnisse über das Spin-Eis und die magnetischen Monopole zu gewinnen, beschäftigt sich die Chemnitzer Professur Oberflächen- und Grenzflächenphysik im Forschungsvorhaben „Nukleation von Spinordnung in niederdimensionalen kolloidalen Partikelsystemen“ mit der Ausbildung und Untersuchung von Spinsystemen in zweidimensionalen Anordnungen von Mikropartikeln. Das Projekt wird ab Februar 2011 für drei Jahre von der Deutschen Forschungsgemeinschaft mit 350.000 Euro gefördert.

Im Rahmen dieses Projektes wollen die Wissenschaftler Schichten von Mikropartikeln auf regelmäßigen sowie unregelmäßigen Gittern durch Selbstanordnung herstellen. „Da diese speziellen Anordnungen zu definierten Ausrichtungen der Spins – also der Ausrichtung kleinster magnetischer Bereiche – führen, dienen sie als besonders gute Modelle zur Untersuchung der magnetischen Eigenschaften von niederdimensionalen Systemen“, schätzt Albrecht ein. Durch die Projekt-Kooperation mit Dr. Artur Erbe und Dr. Sibylle Gemming von Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf können die Chemnitzer Physiker die magnetischen Eigenschaften solcher Partikelanordnungen sichtbar machen. Mit Hilfe moderner Herstellungs- und Charakterisierungstechniken sowie Simulationen hoffen sie, neue Erkenntnisse über die magnetische Wechselwirkung zwischen Partikeln in niederdimensionalen Systemen zu gewinnen.

„In diesem Projekt betreiben wir Grundlagenforschung“, sagt Albrecht. Anwendung könne diese später einmal im Datentransfer haben: „Diese Forschungsrichtung könnte zentral für die Architektur zukünftiger magnetischer Datenspeicher sowie logischer Operationen sein, in denen man magnetische Monopole anstelle elektrischer Ströme nutzen würde.“

Weitere Informationen erteilt Prof. Dr. Manfred Albrecht, Telefon 0371 531-36831, E-Mail manfred.albrecht@physik.tu-chemnitz.de.