Neue Form des Magnetismus gefunden

Wissenschaftliche und technische Fortschritte in den letzten Jahrzehnten erlauben es PhysikerInnen, die Natur in zunehmend feinerem Maßstab zu erforschen. Damit einher geht auch die Enthüllung neuer physikalischer Phänomene auf atomarer und subatomarer Ebene. Nun hat ein multinationales Forschungsteam gemeinsam mit Forschern des Institute of Science and Technology Austria (IST Austria) eine neue Form des Magnetismus im Zusammenspiel zweier ultradünner Atomschichten entdeckt. Ihre Ergebnisse werden in der Fachzeitschrift Physical Review Letters veröffentlicht.

Auf mikroskopischer Ebene ist Magnetismus das Ergebnis der Summe magnetischer Momente der grundlegenden Bestandteile der Materie. Um bekannte magnetische Anziehungs- und Abstoßungskräfte, die wir an Alltagsgegenständen erkennen, vollständig verstehen zu können, greifen WissenschafterInnen auf eine mikroskopische Beschreibung unter Berücksichtigung der Quantenmechanik zurück. In ihrer aktuellen Studie beschreiben die Erstautoren Giacomo Bighin aus der Gruppe von Mikhail Lemshko am IST Austria und Nicolò Defenu von der Universität Heidelberg mit Kollegen aus Ungarn und Italien den Magnetismus eines Systems, das aus einem Paar zweidimensionaler Schichten von Atomen besteht, die übereinandergestapelt sind. Das Forscherteam zeigte, dass in einem solchen System eine neue Form des Magnetismus vorhanden sein kann.

Von der Theorie in die Realität

Während diese Entdeckung noch theoretischer Natur ist, suchen die Forscher bereits nach ExperimentalphysikerInnen, die ihre Theorie in realen Systemen bestätigen. Eine Möglichkeit, ein solches System zu verwirklichen, so Bighin, wäre die Verwendung ultrakalter Atome, die mit Laserlicht zu Gittern angeordnet werden.

Wie die Studie zeigt, wird diese neue Form des Magnetismus umso wichtiger, je näher die beiden Schichten beieinanderliegen. „Da unsere elektronischen Geräte immer kleiner werden, ist es essenziell für uns, solche Effekte zu verstehen“, sagt Bighin. Die von den Forschern entwickelte Theorie kann auch auf andere physikalische Phänomene wie Supraleiter und Supraflüssigkeiten angewendet werden.

Publikation

Bighin, G., Defenu, N., Nándori, I., Salasnich, L. and Trombettoni, A. 2019. Berezinskii-Kosterlitz-Thouless Paired Phase In Coupled XY Models. Physical Review Letters. DOI: 10.1103/PhysRevLett.123.100601