Schalter für Magnetismus

Wissenschaftler der Universität Leipzig haben herausgefunden, dass die gering­fügige Änderung der Struktur eines zwei­dimensionalen Schicht­materials verblüffende Auswirkungen auf dessen magnetische Eigenschaften hat. Die Arbeitsgruppe um Thomas Heine konnte durch Computer­simulationen zeigen, dass eine kleine Veränderung im Bindungsmuster des metallischen Schicht­materials Niob­disulphid dessen Magnetismus an- und ausschaltet.

„Die Honigwaben-Anordnung des Niobdisulphids ändert sich und wird zu einem Muster aus Achtringen und Vierringen. Die lokale Struktur der Niob­atome bleibt dabei jedoch weitgehend unverändert. In der alternativen Anordnung können die Elektronen benachbarter Atome nun direkt miteinander wechselwirken und eine Bindung ausbilden.", erklärt Heine. Dadurch würden sich die magnetischen Momente der Elektronen aufheben und das Material verliere so seine magnetischen Eigenschaften. Der so entstandene nur diamagnetische Halbleiter könnte Heine zufolge für Anwendungen in der zwei­dimensionalen Elektronik interessant sein.

Die Elektronen wechselwirken in der Regel so, dass sich deren magnetische Momente gegeneinander aufheben. Die meisten Materialien sind deshalb nicht oder nur sehr schwach magnetisch. In magnetischen Materialien gibt es einige nicht-wechsel­wirkende Elektronen, die kollektiv für den Magnetismus verantwortlich sind. Magnetismus in Materialien kann sowohl positive als auch negative Eigenschaften für Anwendungen haben. Er ist für übliche drei­dimensionale Materialien weitest­gehend erforscht worden, in zwei­dimensionalen Kristallen jedoch noch nicht. Die theoretischen Berechnungen der Leipziger Forscher müssen nun noch durch Experimente im Labor bestätigt werden.

Das Forschungsgebiet der zweidimensionalen Kristalle wurde durch die Entdeckung von Graphen – einer Modifikation des Kohlenstoffs mit zwei­dimensionaler Struktur – durch Konstantin Novoselov und Andre Geim ins Leben gerufen. Im Jahr 2010 wurde ihnen für diese Entdeckung der Nobel­preis verliehen. Bald danach fanden Wissenschaftler weitere zwei­dimensionale Kristalle mit interessanten Eigenschaften, die heute im Bereich der Opto- und Nano­elektronik Anwendung finden. Einige davon sind halb­leitend oder metallisch.

U. Leipzig / DE