Magnetische Atome unter der atomaren Lupe

Streuung von Elektronen in Kupfer an Kobalt- und Eisenatomen, die sich mehrere Atomlagen unter der Oberfläche befinden, sichtbar gemacht.

Die physikalischen Eigenschaften aller Materialien, insbesondere der magnetischen, werden maßgeblich durch die komplexen Wechselwirkungen von Elektronen untereinander bestimmt. Das einfachste System, in dem sich solche Eigenschaften beobachten lassen, sind einzelne magnetische Atome in einem Metall. Hier kann unterhalb einer bestimmten Temperatur der sogenannte Kondo-Effekt auftreten. Der Kondo-Effekt bezeichnet das anomale Verhalten des elektrischen Widerstands in Metallen mit magnetischen Störstellen: Der spezifische elektrische Widerstand weist ein Minimum und einen Wiederanstieg mit sinkender Temperaturen auf.

Wissenschaftlern der Universität Göttingen ist nun ein Schritt zum besseren Verständnis dieses Phänomens gelungen. Die Forscher um Martin Wenderoth verwendeten bei ihren Untersuchungen Kobalt- und Eisenatome, die sie mehrere atomare Lagen tief unter einer Kupferoberfläche einbauten. Prallen die Elektronen auf ein Fremdatom, werden sie von diesem gestreut. Dadurch entsteht ein stehendes Wellenmuster, das die Forscher mit Hilfe eines Tieftemperatur-Rastertunnelmikroskops sichtbar machen konnten. „Das Rastertunnelmikroskop wurde bislang nur zur Analyse von Oberflächen genutzt. Wir haben erstmals damit ein Kondosystem unterhalb einer Oberfläche untersucht“, erläutert Martin Wenderoth.

 Abb.: Die Messung zeigt das Wellenmuster der Streuung der Elektronen in Kupfer an einem Eisenatom, das sich vier Atomlagen tief unter der Oberfläche befindet. (Bild: Uni Göttingen)

Die Wissenschaftler analysierten in ihrer jetzigen Studie die Streuung durch einzelne Atome. Bei zukünftigen Versuchen wollen sie die Anzahl der Atome schrittweise erhöhen und mit dieser Methode deren Wechselwirkungen und die daraus entstehenden Wellenmuster untersuchen.

GAU Göttingen / MH