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Der an der Johannes Gutenberg-Universität Mainz entdeckte Altermagnetismus wurde vom Science-Magazin als „Breakthrough of the year 2024” im Bereich der Physik gekürt.
Durchbrüche gibt es zahlreiche in der Wissenschaft – schließlich geht es ja gerade darum, die Grenze des Wissens stetig ein Stück weiter zu verschieben und neue Welten zu erschließen. Die herausragendsten davon kürt das renommierte Wissenschaftsmagazin Science Jahr für Jahr im „Breakthrough of the Year“. So auch 2024: Als „Breakthrough of the Year 2024“ im Bereich der Physik wurde der Altermagnetismus ausgezeichnet, den Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) entdeckt haben. „Dies ist eine einmalige Leistung, und wir sind sehr stolz darauf, dass die JGU diese Anerkennung erhält“, freut sich Prof. Dr. Jairo Sinova vom Institut für Physik der JGU, der dem Altermagnetismus gemeinsam mit seinem Team auf die Schliche gekommen ist.
Bis dahin waren sich Expertinnen und Experten einig: Es gibt nur zwei Arten von Magnetismus, den Ferromagnetismus und den Antiferromagnetismus. Der Ferromagnetismus ist bereits seit den alten Griechen bekannt, er kommt unter anderem bei Kühlschrankmagneten zum Tragen. Während die magnetischen Momente beim Ferromagnetismus alle in die gleiche Richtung zeigen, sind sie beim Antiferromagnetismus abwechselnd nach oben und nach ausgerichtet – nach außen hin gleichen sich die magnetischen Momente daher aus.
Theoretische Vorhersage im Jahr 2019
2019 entdeckten Forschende der JGU jedoch einen Effekt, der mit diesen beiden Magnetismus-Arten nicht zu erklären war: Den verlustfreien Stromfluss in Antiferromagneten. Sie begründeten diesen über eine Anordnung der magnetischen Momente, die weder der ferromagnetischen noch der antiferromagnetischen entspricht – der Altermagnetismus war geboren. Altermagnete verbinden die Eigenschaften von Ferromagneten und Antiferromagneten: Die benachbarten magnetischen Momente sind stets antiparallel zueinander ausgerichtet wie bei den Antiferromagneten, zudem gibt es einen spinpolarisierten Strom wie bei den Ferromagneten. „Über eine mathematische Betrachtung der Spin-Symmetrien konnten wir den Altermagnetismus theoretisch nachweisen“, erläutert Sinova. „Der spinpolarisierte Strom wechselt je nach Stromrichtung, daher der Name ´alternating´ aus dem Englischen für ´abwechselnd´.“ Einer der zentralen Schwerpunkte war der Altermagnetismus auch in den Sonderforschungsbereichen SPIN+X und ElasoQMat, die 2024 beide verlängert wurden.
Experimenteller Nachweis 2024
Im Jahr 2024 konnte das Forscherteam der JGU die theoretische Vorhersage des Altermagnetismus auch experimentell belegen. „Unsere Kolleginnen und Kollegen aus der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Hans-Joachim Elmers konnten einen Effekt, der quasi als Signatur des Altermagnetismus gilt, am Deutschen Elektronen-Synchrotron DESY mit Hilfe eines eigens entwickelten Impuls-Elektronenmikroskops erstmalig messen“, bekräftigt Sinova. Damit verpassten sie dem – bis dato nur theoretisch nachgewiesenen – Altermagnetismus quasi den Ritterschlag.
Ein Durchbruch ist die dritte Art des Magnetismus nicht nur hinsichtlich des neuen Wissens, das damit eingehergeht, sondern auch, was die praktische Anwendung angeht: Die Speicherkapazität dürfte einen deutlichen Sprung nach oben machen, wenn man statt DRAMs die magnetischen Momente der Elektronen für die Datenspeicherung verwendet. Altermagnetische Materialien gibt es ausreichend: Mindestens 200 Materialien weisen diese Art des Magnetismus auf.
Prof. Dr. Jairo Sinova
Institut für Physik
Johannes Gutenberg-Universität Mainz
55099 Mainz
Tel. +49 6131 39- 23340
E-Mail: sinova@uni-mainz.de
https://www.sinova-group.physik.uni-mainz.de
https://www.sinova-group.physik.uni-mainz.de/team/jairo-sinova/
https://www.science.org/content/article/breakthrough-2024
Criteria of this press release:
Business and commerce, Journalists, Scientists and scholars
Materials sciences, Physics / astronomy
transregional, national
Contests / awards, Research projects
German
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