Eine kleine Prise enthüllt neue Hinweise auf einen ungewöhnlichen Magneten

Wissenschaftler der Rice University haben neue Erkenntnisse über die Funktionsweise eines seltenen Magnettyps durch leichten Druck auf einen Eisensulfidkristall gewonnen. Ihre Forschung zeigt, dass das Pressen des Materials zwei seiner einzigartigen Eigenschaften gleichzeitig verändert, sein schwaches magnetisches Signal und die Art und Weise, wie elektrische Ströme durch ihn fließen. Diese Entdeckung bietet ein detaillierteres Verständnis von Altermagneten, einer neu identifizierten Kategorie magnetischer Substanzen, und bietet eine einfache Methode zur Manipulation ihres Verhaltens.

Ähnlich wie bei Antiferromagneten annullieren sich die internen Magnetfelder weitgehend gegenseitig und verhindern die Bildung eines starken externen Magnetfeldes.

Pengcheng Dai, Professor für Physik und Astronomie bei Rice und Co-Autor der Studie, erklärte, dass die gleichzeitige Beobachtung des schwachen magnetischen Signals des Materials und des anomalen Hall-Effekts unter Druck entscheidende Einblicke in ihre Beziehung bietet. "Wenn wir den Kristall in eine Richtung unter Druck setzen, sinken beide Signale einheitlich", sagte er. "Um das Experiment durchzuführen, bauten die Forscher ein spezielles Gerät, das in der Lage ist, einen kontrollierten Druck auf den Kristall auszuüben. Mit zunehmendem Druck schwächte sich das magnetische Moment des Materials neben dem anomalen Hall-Effekt ab".

Die magnetische Ordnung innerhalb des Materials blieb jedoch weitgehend unberührt. Zur weiteren Untersuchung verwendete das Team eine Neutronenstrahlanalyse am Oak Ridge National Laboratory, die ergab, dass die grundlegende magnetische Struktur intakt blieb, der Druck jedoch die Prävalenz verschiedener magnetischer Orientierungen innerhalb des Kristalls veränderte. Im Wesentlichen besitzt der Kristall mehrere nahezu identische Konfigurationen für seine magnetischen Momente, um sich auszurichten. Aufgrund der minimalen Energieunterschiede zwischen diesen Konfigurationen kann selbst ein geringfügiger Druck beeinflussen, welche Orientierungen dominieren.

Die Ergebnisse tragen auch zu einer langjährigen Debatte über die Ursache des anomalen Hall-Effekts in FeS bei. Während eine vorherrschende Theorie den Effekt der Bewegung von Elektronen durch die elektronische Struktur des Materials zuschreibt, ein Konzept, das von Physikern unter Verwendung des Begriffs "Berry-Kurvatur" beschrieben wird, deuten die Rice-Experimente auf einen Zusammenhang zwischen dem Effekt und dem winzigen magnetischen Moment des Materials hin. "Wir lehnen die elektronische Erklärung nicht ab", sagte Weiliang Yao, Hauptautor der Studie. "Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass das winzige magnetische Moment und der anomale Hall-Effekt in diesem Material stark korreliert sind.

Das Potenzial, diese Effekte mit minimaler mechanischer Kraft zu manipulieren, könnte für das aufkommende Feld der Spintronik, das die magnetischen Eigenschaften von Elektronen für die Datenspeicherung und -verarbeitung nutzen will, vielversprechend sein. Solche Geräte könnten Vorteile gegenüber herkömmlichen Technologien bieten, indem sie unerwünschte magnetische Störungen reduzieren und den Energieverbrauch senken. Dai betonte die Bedeutung der Steuerbarkeit in potenziellen Anwendungen. Für praktische Anwendungen ist es entscheidend, diese Eigenschaften fein abzustimmen, bemerkte er.