Magnetismus ist komplexer als gedacht. Nun haben Physiker eine neue theoretische Form des Phänomens entdeckt.
Wien/Klosterneuburg – Einem Forscherteam unter Beteiligung des Institute of Science and Technology (IST) Austria in Klosterneuburg (NÖ) ist die theoretische Beschreibung einer neuen Form von Magnetismus im Zusammenspiel zweier dünner Schichten gelungen.
Die Wirkung eines Magneten setzt sich zusammen aus den magnetischen Momenten seiner elementaren Bausteine, meist der einzelnen Atome, aus denen er besteht. Daher ist der Magnetismus von Materie als ein kooperatives Phänomen zu verstehen, bei dem die Wechselwirkungen zwischen den einzelnen Bausteinen eine entscheidende Rolle spielt.
Für herkömmliche, dreidimensionale Objekte sind diese Effekte bereits sehr gut verstanden. Und auch die immer wichtiger werdende Klasse sogenannter zweidimensionaler Materialien, die nur aus einer einzigen Schicht von Atomen bestehen, sind in Hinblick auf Magnetismus bereits gut erforscht.
Schwer erkennbarer Magnetismus
In der aktuellen Studie, die in den "Physical Review Letters" präsentiert wurde, beschreiben die beiden Erstautoren Giacomo Bighin vom IST Austria und Nicolo Defenu von der Universität Heidelberg mit ihren Kollegen aus Ungarn und Italien nun jedoch Systeme, die sich aus zwei solchen zweidimensionalen Schichten zusammensetzten, und sind dabei auf eine neue Form von Magnetismus gestoßen. "In diesem Fall ergibt sich der Magnetismus aus der Interaktion der beiden Schichten und ist nur schwer zu erkennen", erklärt Bighin.
Noch handelt es sich bei der Entdeckung um eine rein theoretische Arbeit, doch die Forscher sind bereits auf der Suche nach Experimentalphysikern, die den Effekt durch Messungen an realen Systemen bestätigen sollten. Eine Möglichkeit, ein solches System zu realisieren, wären Bighin zufolge ultrakalte, frei schwebende Atome, die mithilfe von Lasern zu einem regelmäßigen, zweidimensionalen Gitter zusammengeführt werden.
Wichtiger Effekt bei kleinen Systemen
Wie die Studie zeigt, wird die neue Magnetismusform umso bedeutender, je näher sich die beiden Schichten kommen. "Da auch unsere elektronischen Geräte immer kleiner werden, ist es wichtig, solche Effekte zu verstehen", sagt Bighin. Außerdem lasse sich die von den Forschern entwickelte Theorie auch auf andere physikalische Phänomene wie Supraleitung und Suprafluidität anwenden. (red, APA, 24.9.2019)