Handschlag der Atome: rechtshändig oder linkshändig?
Universität Hamburg
Händigkeit ist eine sonderbare Brechung der Symmetrie einer Struktur oder eines Musters bei der dessen Spiegelbild nicht mit dem Original zur Deckung gebracht werden kann. Während das bekannteste Beispiel sicherlich unsere eigene Hand ist, die dieser Art von Asymmetrie den Namen gab, kennen verschiedene Disziplinen der Naturwissenschaften eine Reihe von anderen Materialien oder Strukturen, die ebenfalls Händigkeit zeigen: Aminosäuren und Zuckermoleküle, Schneckenhäuser, und Magnetisierungswirbel, sogenannte Skyrmionen, die in letzter Zeit aufgrund ihrer besonderen magnetischen Eigenschaften als vielversprechende neue Einheiten für die Speicherung und Verarbeitung von Information auf kleinstem Raum gehandelt werden. In all diesen Strukturen können wir Linkshänder und Rechtshänder unterscheiden, die Spiegelbilder ihrer selbst sind. Während bei einigen dieser Beispiele Links- und Rechtshänder in gleicher Häufigkeit vorkommen, gibt es Systeme, bei denen eine der Händigkeiten überwiegt. Die Ursache dieser sogenannten Homochiralität ist bei vielen der Systeme bisher unbekannt, und es wird in einigen Fällen sogar vermutet, dass evolutionsartige Prozesse dafür verantwortlich sind.
Das Hamburger Forscherteam hat nun die Ursache für Händigkeit in den kleinstmöglichen Einheiten magnetischer Strukturen untersucht. Durch Beobachtung der Magnetisierung eines Paars von Eisenatomen auf der Oberfläche eines Platinkristalls mittels eines Rastertunnelmikroskops konnten die Wissenschaftler eine Rechtsdrehung der Magnetisierung herleiten, d.h. das Paar ist rechtshändig. Durch Verschieben des rechten Atoms um nur einen Atomdurchmesser weg von dem linken Atom änderte sich dieser Rotationssinn von rechtsdrehend nach linksdrehend, d.h. das Paar wurde in ein linkshändiges System verwandelt. Zusammen mit den Theoretikern des Forschungszentrums Jülich zeigte das Team, dass der für die Händigkeit verantwortliche Mechanismus ein über die Platinatome vermittelter magnetischer Handschlag ist. Die Forscher hoffen nun, dass sie die Spitze des Rastertunnelmikroskops als Werkzeug benutzen können, um Gitter von Hunderten solcher Eisenatome zu bauen, die dann rechts- oder linkshändige Skyrmionen enthalten könnten
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