Hermann

Aus der Forschung

Ein Teil des Forscherteams am Experimentierplatz E2 des Berliner Forschungsreaktors am HZB (v.l.n.r. Kirrily Rule, Jonathan Morris und Bastian Klemke). Bild: Andre Alain Rouviere

Ein Teil des Forscherteams am Experimentierplatz E2 des Berliner Forschungsreaktors am HZB (v.l.n.r. Kirrily Rule, Jonathan Morris und Bastian Klemke). Bild: Andre Alain Rouviere

Mehr Informationen:

www.helmholtz.de/hzb-magnetische-monopole
 
Originalveröffentlichung:
Published Online September 3, 2009

Science DOI:
10.1126/science.1177582

 
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Magnetische Monopole in exotischem Kristall entdeckt

Anders als elektrische Ladungen lassen sich Nordpol und Südpol eines Magneten nicht voneinander isolieren – ein Rätsel für die Physik, denn theoretisch sollte es auch magnetische Monopole geben. Nun haben Wissenschaftler des Helmholtz-Zentrums Berlin für Materialien und Energie (HZB) in Kooperation mit Kollegen aus Dresden, England und Argentinien erstmals magnetische Monopole in einem exotischen Kristall bei extrem tiefen Temperaturen nahe am absoluten Nullpunkt nachgewiesen (Science, 3. September 2009).

Jonathan Morris, Alan Tennant und Kollegen vom HZB untersuchten dafür die magnetischen Strukturen in einem Kristall aus Dysprosium-Titanat. Dafür nutzten sie die Neutronenstrahlung am Berliner Forschungsreaktor, denn Neutronen besitzen selbst ein magnetisches Moment, das sich wie ein winziger Stabmagnet von den magnetischen Mustern der Probe beeinflussen lässt. Morris und Tennant konnten zeigen, dass die magnetischen Momente im Inneren des Kristalls dank der besonderen Geometrie in Form von verschlungenen Röhren, sogenannten „Spin-Spaghetti“ oder Dirac-Strings, angeordnet sind. Durch diese Röhren wird der magnetische Fluss transportiert, an den Enden der Röhren sitzen jeweils Nordpole oder Südpole.

Mit einem äußeren Magnetfeld konnten die Forscher während der Neutronenmessungen Symmetrie und Orientierung der Magnetflussröhren beeinflussen. Dadurch wurde es möglich, die Dichte des String-Netzwerks zu reduzieren. Bei 0,6 bis 2 Kelvin, knapp über dem absoluten Nullpunkt der Temperatur, wurden so die Strings mit den magnetischen Monopolen an ihren Enden sichtbar.

Diese Monopole entstehen durch eine spezielle Anordnung der magnetischen Dipole und unterscheiden sich in ihren Eigenschaften vollkommen von den üblichen magnetischen Materialien. Auch Messungen der Wärmekapazität bestätigen die Existenz der magnetischen Monopole und zeigen, dass sie ähnlich wie elektrische Ladungen wechselwirken können. „Wir beschreiben neue, fundamentale Eigenschaften von Materie. Sie sind allgemeingültig für Materialien mit derselben Topographie, also Stoffe mit magnetischen Momenten im Pyrochlor-Gitter. Für die Entwicklung neuer Technologien könnte dies von großer Bedeutung sein“, betont Jonathan Morris.

arö/HZB

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02.10.2014
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