Japanisches Korbflechtmuster im Dienste der Wissenschaft
Jülicher und Braunschweiger Festkörperforscher entschlüsseln die ungewöhnliche magnetische Struktur auf einem Kagomé-Korb
Dr. Werner Schweika vom Institut für Festkörperforschung ist fasziniert von den Ergebnissen, die aufwendige Neutronenstreuexperimente über das neuartige Material lieferten: "Normalerweise erwarten wir, dass Spins sich in einem antiferromagnetischen Material wie diesem antiparallel anordnen, speziell bei niedrigen Temperaturen. Bei dem vom Chemiker Dr. Martin Valldor neu synthetisierten Kobaltoxid bildet sich dagegen selbst bei sehr niedrigen Temperaturen keine weitreichende Ordnung aus. Die Frustration schenkt den Spins ein großes Maß an Freiheit."
Die Forscher konnten aufklären, wie ein vordergründig paradoxes Prinzip von "Ordnung durch Unordnung" hier zur Folge hat, dass ein unvollständig geordneter Zustand thermodynamisch vorteilhaft ist. "Getrieben durch die Entropie - das Streben nach größtmöglicher Unordnung - bildet sich ein Muster aus sich wiederholenden Hexagons von Spins heraus, die jeweils in Gruppen rotieren wie Wetterfähnchen im Wind oder Eisläufer, die Pirouetten drehen ," erläutert Schweika. Die sechs "Wetterfähnchen" jedes inneren Hexagons synchronisieren ihre Bewegung untereinander streng, weit schwächer aber mit den anderen Gruppen, so dass in dieser Kagomé-Geometrie die magnetische Ordnung unvollständig bleibt. "Unsere Messungen bereichern auf wundervoll ästhetische Weise unser mikroskopisches Verständnis von magnetischen Strukturen", freut sich Schweika. Interessant für die Materialforschung: "Grundsätzlich können in so einem frustrierten Kollektiv durch kleine Änderungen wieder völlig neue Eigenschaften auftauchen."
Originalveröffentlichung: W. Schweika, M. Valldor, P. Lemmens; "Approaching the ground state of the kagomé antiferromagnet"; Physical Review Letters 2007, Volume 98, Number 6.
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