Magnetische Wirbel und Monopole

Elf der 135 nominierten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler erhalten die mit 2,5 Millionen Euro dotierten Leibniz-Preise 2013, darunter Roderich Moessner vom Max-Planck-Institut für Physik komplexer Systeme, Dresden und Achim Rosch von der Universität zu Köln, die sich einen Preis teilen.

Die beiden Festkörpertheoretiker haben herausragende Arbeiten zu stark wechselwirkenden Quantensysteme geleistet. Dies ist eines der spannendsten Gebiete der modernen Festkörperphysik und stellt besonders für die Theorie eine enorme Herausforderung dar.  

Paul Dirac hatte vor über 70 Jahren gezeigt, dass die elektrische Ladung quantisiert ist, wenn magnetische Monopole im Universum existieren. Doch solche Monopole konnten nie beobachtet werden. Roderich Moessner, der zu den weltweit führenden Wissenschaftlern auf dem Gebiet der frustrierten Quantenspinsysteme gehört, sagte den Zerfall magnetischer Dipole in magnetische Monopole im so genannten Spineis voraus: Darin sind die Spins ähnlich angeordnet wie Wassermoleküle in Eis, und magnetische Nord- und Südpole können sich beliebig weit voneinander entfernen. Damit wirken sie wie frei bewegliche Träger von magnetischen Nord- bzw. Südpolen. Nur ein Jahr später gelang anderen Physikern der experimentelle Nachweis.

Auch Moessners Arbeiten zur „Resonating Valence Bond“-Phase im Quanten-Dimer-Modell in magnetisch frustrierten Systemen waren wegweisend. Den Grundstein für diese Erfolge legte er bereits während des Studiums und seiner Promotion in Oxford, wo er sich ebenso wie später als Postdoc in Princeton und beim CNRS in Paris an den internationalen Koryphäen seines Faches orientierte. Nach erneuter Dozenten-Tätigkeit in Oxford wurde Moessner 2007 mit nur 36 Jahren Direktor am Max-Planck-Institut für Physik komplexer Systeme in Dresden. Für seine Arbeiten zu magnetischen Monopolen erhielt er bereits den Europhysics Prize 2012 der Europäischen Physikalischen Gesellschaft.

Achim Rosch befasst sich höchst erfolgreich mit einem breiten Spektrum physikalischer Fragestellungen auf dem Gebiet der kondensierten Materie. Neben grundlegenden seinen Arbeiten kooperiert er immer wieder mit experimentell arbeitenden Gruppen. Hieraus ist etwa die vielbeachtete Theorie der quantenkritischen Punkte in antiferromagnetischen Metallen hervorgegangen.

1989 hatte der ukrainische Physiker Alexey Bogdanov für anisotrope chirale Magnete (Helimagneten), in denen die magnetischen Momente wendeltreppenartig angeordnet sind, eine neue Form der Ordnung vorhergesagt, die aus einem Gitter von Spinwirbeln besteht. Der spekatuläre Nachweis dieses „Skyrmionen-Gitters“ gelang auf Grundlage von Roschs Analyse.

Weitere Schwerpunkte von Rosch sind ultrakalte Atome. Zusammen mit Leibniz-Preisträger Immanuel Bloch konnte er erstmals das fermionische Hubbard-Modell mit ultrakalten Gasen in optischen Gittern experimentell umsetzen. Große Aufmerksamkeit erregte schließlich seine Vorhersage von Zuständen mit negativer absoluter Temperatur.

Rosch studierte Physik in Karlsruhe, wo er auch 1997 promovierte. Seine Postdoc-Zeit verbrachte er an der Rutgers University in New Jersey, bevor er wiederum in Karlsruhe Leiter einer DFG-geförderten Emmy-Noether-Nachwuchsgruppe wurde. 2004 wurde er Professor an der Universität Köln, wo er seit 2006 auch Sprecher eines Sonderforschungsbereichs „Komplexe Übergangsmetallverbindungen mit Spin- und Ladungsfreiheitsgraden und Unordnung“ ist.

Die Verleihung der Leibniz-Preise findet in festlichem Rahmen am 19. März 2013 in Berlin statt.

 (DFG, MPG, Alexander Pawlak)