Wie verhält sich ein Ferromagnet beim Übergang in den paramagnetischen Zustand? Die Antwort auf diese Frage ist entscheidend für das Verständnis der quantenmechanischen Ursachen des Magnetismus – und zeigt vielleicht auch einen Weg zu schnelleren Datenspeichern. Mithilfe einer neuartigen Messtechnik ist es nun einem deutsch-amerikanischem Forscherteam gelungen, diese Frage neu zu beantworten.

Auf mikroskopischer Ebene werden die magnetischen Eigenschaften eines Materials im Wesentlichen durch den Elektronen-Spin bestimmt. In der ferromagnetischen Phase richten sich diese Spins gemeinsam in eine bevorzugte Richtung aus, im paramagnetischen Zustand sind sie ungeordnet. Die zum Ordnen der Spins notwendige Energie wird durch die sogenannte Austauschkopplung – eine quantenmechanische Wechselwirkung zwischen den Elektronen – bereitgestellt.

Mithilfe eines innovativen Photoemissions-Experiments unter Nutzung ultrakurzer Laserpulse konnten die Forscher zeigen, dass der Übergang in die paramagnetische Phase in Kobalt durch einen Prozessablauf bestimmt wird, der in der theoretischen Physik als Heisenbergbild bekannt ist:

Die Austauschkopplung und das magnetische Moment bleiben zwar lokal erhalten, doch sogenannte Spinfluktuationen heben im Mittel die Nettomagnetisierung auf.

Maßgeblich an den Untersuchungen beteiligt war Prof. Claus Michael Schneider, Mitglied von JARA-FIT und Leiter des Peter Grünberg Instituts, Elektronische Eigenschaften (PGI-6).
Originalpublikation: Band structure evolution during the ultrafast ferromagnetic-paramagnetic phase transition in cobalt, by Steffen Eich, Moritz Plötzing, Markus Rollinger, Sebastian Emmerich, Roman Adam, Cong Chen, Henry Cornelius Kapteyn, Margaret M. Murnane, Lukasz Plucinski, Daniel Steil, Benjamin Stadtmüller, Mirko Cinchetti, Martin Aeschlimann, Claus M. Schneider, Stefan Mathias, Science Advances, DOI: 10.1126/sciadv.1602094

Eine Pressemitteilung des Forschungszentrums Jülich
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Gründung der JARA-Institute


Am 1. April stand das SuperC der RWTH Aachen ganz im Zeichen der Jülich Aachen Research Alliance (JARA). Vor rund 90 Zuhörern wurden die neuen JARA-Institute präsentiert, in denen Aachener und Jülicher Wissenschaftler zu drängenden Fragen unserer Zeit forschen werden.

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