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.
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
