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Neuartige Magnetkopplung im Detail berechnet und gemessen

22.02.2010
Wer zwei Stabmagnete zusammenbringt, spürt die Kraft, die das Magnetfeld ausübt. In Festkörpern können statt Feldern auch Elektronen eine Kraft vermitteln und damit elementare Stabmagnete, die Spins, zueinander ausrichten.

Wie Jülicher und Hamburger Forscher nun im Fachmagazin "nature physics" berichten, hängt diese Kopplung nicht nur von der Entfernung der Spins, sondern auch sehr stark von der Orientierung zueinander ab, weil die Elektronen im Kristallgitter sich entlang bevorzugter Bahnen ausbreiten.

"Wir haben erstmals die Kraft bestimmen können, die ein einzelnes Atom auf diese Art auf seine direkte Umgebung ausübt", erklärt Prof. Stefan Blügel, Direktor des Jülicher Instituts für Festkörperforschung. Sein Team nutzte den Jülicher Supercomputer JUGENE und simulierte das Verhalten von einzelnen Kobaltatomen auf einer Platinoberfläche.

Dabei spielt der RKKY-Effekt die entscheidende Rolle, der nach den vier Theoretikern Rudermann, Kittel, Kasuya und Yosida benannt ist: Die Elektronen im Platin richteten ihre Spins parallel zum Spin eines zentralen Kobaltatoms aus. An dieser Richtung orientieren sich wiederum andere Kobaltatome. Aufgrund der quantenmechanischen Regeln des Kristallsystems kommt es dabei sowohl zu paralleler und als auch antiparalleler Ausrichtung, je nach Entfernung und Orientierung der beteiligen Atome.

Die Jülicher Rechnung wurden von Forschern an der Universität Hamburg durch Messungen mit einem speziellen Rastertunnelmikroskop bestätigt. Das neue, detaillierte Wissen über die RKKY-Kopplung lässt sich nutzen, um maßgeschneiderte magnetische Strukturen auf atomarer Ebene zu erstellen. Solche Systeme werden helfen, neuartige Bauelemente für Chips zu entwickeln, die den Spin von Atomen nutzen. Damit könnten sie die Basis für die Computer von übermorgen sein.

Der Originalartikel bei nature physics - doi:10.1038/nphys1514:
http://www.nature.com/nphys/journal/vaop/ncurrent/full/nphys1514.html
Webseiten des Jülicher Instituts für Festkörperforschung:
http://www.fz-juelich.de/iff/d_th1
Pressemitteilung der Universität Hamburg:
http://idw-online.de/de/news353898
Portal des Sonderforschungsbereiches 668:
http://www.sfb668.de

Annemarie Winkens | Forschungszentrum Juelich GmbH
Weitere Informationen:
http://www.fz-juelich.de

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