07.08.2020

Komplexe Wandlung zum Magneten

Kontrolliertes Schichtwachstum führt zu einer Magnetisierung in 2D-Materialien.

Nicht-magne­tische Oxid-Materialien lassen sich durch ein komplexes Verfahren so verändern, dass sie magnetisch werden. Grundlage für dieses neue Phänomen ist ein kontrolliertes Wachstum der einzelnen Material­schichten Atomlage für Atomlage. Über das unerwartete Ergebnis berichtet nun ein inter­nationales Forschungs­team unter Beteiligung der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg.

Abb.: Modell eines zweidimen­sionalen Materials, das sich über einen...
Abb.: Modell eines zweidimen­sionalen Materials, das sich über einen komplexen Mecha­nismus magne­tisieren lässt. (Bild: D.-S. Park et al., Nat. Commun. / MLU)

In der Festkörper­physik sind wenige Nanometer dünne Oxidschichten bekannt für die Heraus­bildung eines zweidimensionalen Elektronen­gases. Diese dünnen Schichten sind getrennt voneinander jeweils durchsichtige und elektrisch iso­lierende Materialien. Wenn aber eine dünne Schicht auf einer anderen wächst, bildet sich unter bestimmten Bedingungen an der Grenzfläche ein leitender Bereich aus, der metallisch glänzt. „Normaler­weise bleibt dieses System nicht­magnetisch“, sagt Ingrid Mertig vom Institut für Physik der Universität Halle. Dem Forschungsteam ist es gelungen, die Bedingungen beim Schicht­wachstum so zu steuern, dass in den grenzflächen­nahen Atomlagen Leerstellen entstehen, die später durch Fremdatome aus benach­barten Atomlagen aufgefüllt werden. Die entstehenden Objekte verursachen die magnetischen Eigen­schaften an der Grenzfläche.

Die theoretischen Berech­nungen und Erklärungen für dieses neu entdeckte Phänomen haben die Physiker um Ingrid Mertig angefertigt. Experi­mentell überprüft wurde das Verfahren dann von mehreren Arbeits­gruppen in ganz Europa - auch von der Hallenser Arbeits­gruppe von Kathrin Dörr, die den Magnetismus in den Materialien nachweisen konnte. „Durch diese Kombination aus Computer­simulationen und Experi­menten konnten wir den komplexen Mechanismus entschlüsseln, der für die Entstehung des Magne­tismus verant­wortlich ist“, so Mertig. 

MLU Halle / JOL

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