Untersuchungen am POLI: Magnetische Monopole in metallischer Verbindung

07.04.2020
 

Ein internationales Forscherteam unter Beteiligung der Mitarbeiter des Instituts für Kristallographie Dr. Hao Deng und Dr. Vladimir Hutanu an der Außenstelle des Instituts im MLZ Garching hat Monopole in einem "Kagome-Spin-Eis"-Material nachgewiesen, welches zudem elektrisch leitfähig ist und dadurch Potential für Anwendungen besitzen könnte. Einzeln bewegliche magnetische Monopole waren bislang nur aus einer einzigen Klasse von magnetischen Kristallen bekannt. Die Ergebnisse sind in der Fachzeitschrift Science erschienen.

Teile der experimentellen Untersuchungen an der metallischen Verbindung HoAgGe führten die Wissenschaftler an einem Forschungsinstrument durch, das das Forschungszentrum Jülich und das Institut für Kristallographie der RWTH Aachen gemeinsam am Heinz Maier-Leibnitz Zentrum in Garching bei München betreiben. Ein kürzlich am Neutronendiffraktometer POLI in Betrieb genommener supraleitender Hochfeld-Magnet ermöglichte, die Ausrichtung von einzelnen wechselwirkenden magnetischen Momenten der Atome in der Kristallstruktur zu bestimmen, die so genannte magnetische Struktur. "Dies geht nur mittels Neutronenbeugung", erläutert der instrumentverantwortliche Wissenschaftler Dr. Vladimir Hutanu. "Mit POLI können wir diese Messungen präzise temperatur- und magnetfeldabhängig durchführen." Die Wissenschaftler aus Jülich und Aachen führten einerseits die Neutronenmessungen durch und beteiligten sich zudem an der Analyse der Messergebnisse, in Kooperation mit ihren internationalen Kollegen.

  Instrument POLI mit 8-Tesla-Magnet und Ergebnisse Urheberrecht: MLZ

Der neue 8-Tesla-Magnet am Instrument POLI, das die Wissenschaftler für ihre Experimente verwendeten (links). In HoAgGe sind die Ho-Spins in Form eines Kagome-Musters angeordnet. Die Pfeile zeigen die Richtungen der Spins an (rechts oben). Die magnetischen Momente in der Ebene folgen der „Eisregel“ in Dreiecken: „zwei nach innen – eins nach außen“, resultierend in einer positiven magnetischen Ladung, oder „eins nach innen – zwei nach außen“, resultierend in einer negativen Ladung, die eine Bienenwabenstruktur von Quasipartikeln aus magnetischen Monopolen bilden (rechts unten).

 

Originalpublikation:

Kan Zhao, Hao Deng, Hua Chen, Kate A. Ross, Vaclav Petříček, Gerrit Guenther, Margarita Russina, Vladimir Hutanu und Philipp Gegenwart: Realization of the kagome spin ice state in a frustrated intermetallic compound. Science, 13 Mar 2020: Vol. 367, Issue 6483, pp. 1218-1223, DOI: 10.1126/science.aaw1666

Weitere Informationen/Textvorlagen:

Ausführliche Informationen in der Pressemitteilung der Universität Augsburg "Magnetische Messungen weisen 'Kagome-Spin-Eis'-Verhalten nach" vom 18. März 2020

Pressemitteilung des MLZ Garching, "Nordpol ohne Südpol: Magnetische Monopole nachgewiesen" vom 20. März 2020

Pressemitteilung des FZ Jülich „Magnetische Monopole in metallischer Verbindung“ vom 23. März 2020

Pressemitteilung des HZB Berlin, Helmholtz-Zentrum Berlin, „Neutronenforschung: Magnetische Monopole in Kagome-Spin-Eis-Systemen nachgewiesen, 07.04.2020

 

Ansprechpartner:

  Dr. Hao Deng Urheberrecht: MLZ

Dr. Hao Deng

  Dr. Vladimir Hutanu Urheberrecht: MLZ

Dr. Vladimir Hutanu