Wissenschaftler bauen Magnet, der sein eigenes Magnetfeld löscht

„Wir haben nun ein Material mit einer sehr gut geordneten magnetischen Struktur, aber ohne das Magnetfeld, das normalerweise in der Elektronik Probleme verursacht“, sagte Kasper Steen Pedersen, einer der Forscher und Professor an der DTU.

Diese ungewöhnliche Kombination könnte verändern, wie zukünftige Elektronik konzipiert wird, insbesondere in der Spintronik, bei der Informationen nicht durch die elektrische Ladung, sondern durch den Spin der Elektronen übertragen werden. Ein Magnet, der sich selbst aufhebt.

Die Struktur des Chrom-Pyrazin-Magneten. Quelle: DTUIm Mittelpunkt der Arbeit steht eine seltene Art, die als kompensierter Ferrimagnet bezeichnet wird.

Technik, Energie und Einsatz

In einem typischen Magneten zeigen unzählige winzige magnetische Momente alle in dieselbe Richtung und summieren sich zu einem deutlichen äußeren Feld. In diesem Material sind diese Momente in entgegengesetzte Richtungen angeordnet.

Sie verschwinden nicht – tatsächlich bleibt der interne Magnetismus stark und hochgeordnet –, aber weil sie sich nahezu gegenseitig aufheben, entweicht kaum ein Magnetfeld. Wissenschaftler jagen dieses Gleichgewicht seit Jahren, aber die meisten Materialien erreichen es nur bei sehr spezifischen Temperaturen.

Sobald sich die Bedingungen ändern, bricht das Gleichgewicht zusammen, was den praktischen Einsatz einschränkt. Die Forscher begegneten diesem Problem, indem sie herkömmliche magnetische Materialien wie Metalllegierungen und Oxide aufgaben.

Moegliche Anwendungen

Stattdessen bauten sie eine molekulare Struktur – ein metallorganisches Netzwerk, bei dem magnetische Atome durch organische Linker verbunden sind. Dies gab ihnen weitaus mehr Kontrolle.

„Das eröffnet ein völlig neues Niveau an Kontrolle. Wenn Magnetismus in ein molekulares Material eingebettet ist, können wir die Chemie nutzen, um sowohl die magnetischen als auch die elektronischen Eigenschaften einzustellen“, sagte Pederson.

Das Material besteht aus Chromatomen, die durch Pyrazinmoleküle miteinander verbunden sind. Was Pyrazin hier besonders macht, ist, dass es als Radikal vorliegt, was bedeutet, dass es ein ungepaartes Elektron trägt.

Einordnung fuer Autofahrer

Dieses Elektron sitzt nicht einfach nur da, sondern trägt aktiv zum magnetischen Verhalten der gesamten Struktur bei. Durch sorgfältiges Anordnen das Team ein System, bei dem sich entgegengesetzte magnetische Momente äußerlich nahezu perfekt aufheben, während sie intern stabil bleiben.

Um diese empfindliche Anordnung zu überprüfen, verwendeten die Forscher leistungsstarke experimentelle Werkzeuge, darunter Neutronenstreuung und Synchrotronstrahlung, die magnetische Strukturen auf atomarer Ebene untersuchen können. Diese Messungen zeigten, dass die nahezu perfekte Kompensation kein fragiler Effekt ist.

Sie bleibt über einen weiten Temperaturbereich stabil und, was wichtig ist, hält auch weit über Raumtemperatur an. Diese Stabilität ist das, was dieses Material üheren Versuchen unterscheidet.

Einordnung fuer Autofahrer

Implikationen, Limitationen und nächste Schritte Das Ergebnis ist noch keine fertige Technologie, deutet aber auf einen Weg nach vorn hin. Beispielsweise könnten Materialien, die keine störenden Magnetfelder abstrahlen, es ermöglichen, elektronische Komponenten viel enger beieinander zu platzieren, ohne dass Interferenzen auftreten.

Dies ist eine Schlüsselanforderung für spinbasierte Bauelemente, die schneller und energieeffizienter sein sollen als die heutige Elektronik. „Wir haben keine fertige Technologie geschaffen, aber wir haben gezeigt, dass es möglich ist, eine Kombination, nach der viele Forscher seit vielen Jahren suchen.

Das macht das Material als Plattform für zukünftige Entwicklungen interessant“, fügte Pederson hinzu. Gleichzeitig befindet sich die Arbeit noch in einem grundlegenden Stadium.

Die elektrischen Eigenschaften des Materials müssen weiter erforscht werden, und die Forscher müssen Wege finden, es in Dünnschichten zu überführen, die in reale Schaltungen integriert werden können. Die Studie wurde im Journal Nature Chemistry veröffentlicht.