Rechts oder links?
Magnetische Händigkeit von Eisenatomen gezielt geschaltet.
Ein Team von Forschern des Physik Departments der Universität Hamburg in Zusammenarbeit mit Kollegen der Radboud Universität in Nijmegen, des Forschungszentrums Jülich und des Max-Planck-Instituts für Festkörperforschung in Stuttgart hat die atomare Ursache der Händigkeit der Magnetisierung in einer Struktur aus nur zwei Eisenatomen auf einer Oberfläche eines Platinkristalls erforscht. Die Forscher konnten die magnetische Händigkeit des Eisenpaars zwischen links- und rechtshändig schalten. Diese beispiellose Kontrolle der Magnetisierung könnte es erlauben, stabile magnetische Wirbel, sogenannte Skyrmionen, mit maßgeschneiderten Größen und Händigkeiten zu konstruieren, die als neue Einheiten der Informationsspeicherung dienen könnten.
Abb.: Ein Paar von Eisenatomen (Kegel) auf der Oberfläche eines Platinkristalls. Die Spektren des linken und rechten Atoms (grüne und rote Linie) zeigen charakteristische Stufen, die auf eine rechtsdrehende Magnetisierung weisen. (Bild: U. Hamburg)
Verschiedene Disziplinen der Naturwissenschaften kennen das Phänomen der Händigkeit: Aminosäuren und Zuckermoleküle, Schneckenhäuser, und Magnetisierungswirbel, sogenannte Skyrmionen, die in letzter Zeit aufgrund ihrer besonderen magnetischen Eigenschaften als vielversprechende neue Einheiten für die Speicherung und Verarbeitung von Information auf kleinstem Raum gehandelt werden. In all diesen Strukturen können wir Linkshänder und Rechtshänder unterscheiden, die Spiegelbilder ihrer selbst sind. Während bei einigen dieser Beispiele Links- und Rechtshänder in gleicher Häufigkeit vorkommen, gibt es Systeme, bei denen eine der Händigkeiten überwiegt. Die Ursache dieser sogenannten Homochiralität ist bei vielen der Systeme bisher unbekannt, und es wird in einigen Fällen sogar vermutet, dass evolutionsartige Prozesse dafür verantwortlich sind.
Das Hamburger Forscherteam hat nun die Ursache für Händigkeit in den kleinstmöglichen Einheiten magnetischer Strukturen untersucht. Durch Beobachtung der Magnetisierung eines Paars von Eisenatomen auf der Oberfläche eines Platinkristalls mittels eines Rastertunnelmikroskops konnten die Wissenschaftler eine Rechtsdrehung der Magnetisierung herleiten, d.h. das Paar ist rechtshändig. Durch Verschieben des rechten Atoms um nur einen Atomdurchmesser weg von dem linken Atom änderte sich dieser Rotationssinn von rechtsdrehend nach linksdrehend, d.h. das Paar wurde in ein linkshändiges System verwandelt.
Zusammen mit den Theoretikern des Forschungszentrums Jülich zeigte das Team, dass der für die Händigkeit verantwortliche Mechanismus ein über die Platinatome vermittelter magnetischer Handschlag ist. Die Forscher hoffen nun, dass sie die Spitze des Rastertunnelmikroskops als Werkzeug benutzen können, um Gitter von Hunderten solcher Eisenatome zu bauen, die dann rechts- oder linkshändige Skyrmionen enthalten könnten.
SFB 668 / DE
