Abstoßende Wechselwirkungen können magnetische Anregungen zusammenhalten

Festkörperphysiker der Uni zu Köln haben zusammen mit internationalen Kollegen Kristalle aus dem Material BaCo2V2O8 untersucht und dabei entdeckt, dass die magnetischen Elementar-Anregungen im Kristall nicht nur durch Anziehungskräfte, sondern auch durch abstoßende Wechselwirkungen zusammengehalten werden. Hieraus resultiert allerdings eine geringere Stabilität, was die Beobachtung solch repulsiv gebundener Zustände umso überraschender macht.

Der Arbeitsgruppe Thomas Lorenz von der Uni zu Köln gelang es, künstliche Kristalle des Materials BaCo2V2O8 herzustellen, die in ihrer Kristallstruktur schraubenförmige Ketten von magnetischen Kobalt-Atomen enthalten. Im Rahmen einer Zusammenarbeit mit Forschern anderer Institute wurden die BaCo2V2O8-Kristalle mit elektromagnetischen Terahertz-Wellen bestrahlt, um die kollektiven magnetischen Anregungen in dem System in hohen Magnetfeldern zu studieren.

Neben den üblichen niederenergetischen Elementar-Anregungen, den Magnonen, haben die Forscher dabei auch gebundene Zwei- und Drei-Magnonen-Zustände entdeckt. Die Besonderheit dieser gebundenen Mehr-Magnonen-Zustände besteht darin, dass sie nicht durch Anziehungskräfte, sondern durch abstoßende (repulsive) Wechselwirkungen zusammengehalten werden.

U. Köln / RK