Materialwissenschaft mit 70 Tesla

Im Hochfeld-Magnetlabor Dresden am Forschungszentrum Rossendorf ist das erste wissenschaftliche Experiment mit 70 Tesla geglückt.

Das erste wissenschaftliche Experiment mit 70 Tesla im Hochfeld-Magnetlabor Dresden des Forschungszentrums Rossendorf beweist nachdrücklich, dass die Materialeigenschaften eines Metalls durch das Anlegen eines hohen Magnetfeldes verändert werden können. Dies gilt für die Verbindung CeBiPt, einem so genannten Halbmetall aus Cer, Wismut und Platin. Eine wissenschaftliche Veröffentlichung zu Untersuchungen mit 50 Tesla, die in Kooperation mit dem Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung (IFW) Dresden und weiteren Gruppen durchgeführt wurden, wird in einer der nächsten Ausgaben des New Journal of Physics zu finden sein.

Der Dresdner Materialforschung stehen erst seit wenigen Tagen Magnetfelder in einer Stärke von 70 Tesla zur Verfügung. Weltweit gibt es überhaupt nur wenige Labors, in denen wiederholbare Experimente mit Magnetpulsen in dieser Stärke gemacht werden können. Tesla ist die physikalische Einheit für die Magnetfeldstärke. Ein starker Kühlschrankmagnet hat etwa 0,3 Tesla und 70 Tesla entsprechen dem Zwei- bis Dreimillionenfachen des Magnetfeldes der Erde.

Die Messung des exotischen Halbmetalls CeBiPt fand am 4. August 2006 im Forschungszentrum Rossendorf (FZR) statt. Sie untermauert das Ergebnis, das mit 50 Tesla erreicht wurde und das die Fachwelt in Erstaunen versetzt hatte. Die elektronischen Eigenschaften des Metalls änderten sich in dem hohen Magnetfeld. Bislang galten Metalle doch als robust und stabil gegenüber äußeren Einflüssen wie Temperatur und Magnetfeld (Abb.).

Abb.: Magnetfeldabhängigkeit des Widerstandes (rote Linie) und des Hall-Widerstandes (blaue Linie) des Metalls CeBiPt. Die blaue Linie zeigt die Änderung der Ladungsträgerdichte an.

Die Eigenschaft eines Metalls wird u. a. durch frei bewegliche Ladungsträger, also Elektronen, bestimmt. Diese Elektronen liegen in einer für jedes Metall bestimmten Dichte vor. Die Ladungsträgerdichte ändert sich üblicherweise bei hohen Magnetfeldern nicht. Prof. Joachim Wosnitza von Hochfeld-Magnetlabor Dresden des FZR untersuchte gemeinsam mit experimentell und theoretisch arbeitenden Gruppen des IFW, des Max-Planck-Instituts für Chemische Physik fester Stoffe sowie der Universitäten Karlsruhe, Braunschweig und Hiroshima, Japan, die Halbmetalle CeBiPt und LaBiPt. Die Physiker stellten erstmalig fest, dass sich bei 50 Tesla die elektronischen Eigenschaften ändern. Diesen Befund belegen die aktuellen drastischen Änderungen, die in der Messung bei 70 Tesla beobachtet wurden.

Das Hochfeld-Magnetlabor Dresden strebt den Europarekord mit den stärksten gespulsten Magnetfeldern für die Forschung noch in diesem Jahr an. Ab 2007 soll das Labor zu einer attraktiven Serviceeinrichtung für Materialforscher aus ganz Europa avancieren.

Quelle: Forschungszentrum Rossendorf

Weitere Infos:

• Originalveröffentlichung:
  J. Wosnitza, G. Goll, A. D. Bianchi, B. Bergk, N. Kozlova, I. Opahle, S. Elgazzar, Manu-el Richter, O. Stockert, H. v. Löhneysen, T. Yoshino und T. Takabatake, Magnetic-field- and temperature-dependent Fermi surface of CeBiPt, New Journal of Physics, 8/2006 (in Kürze).
  http://www.njp.org)
• Hochfeld-Magnetlabor Dresden:
  http://www.fz-rossendorf.de/pls/rois/Cms?pNid=580
• Forschungszentrum Rossendorf (FZR):
  http://www.fz-rossendorf.de