ALTERMAGNETISMUS
Sie wirken wie eine Mischung von Ferround Antiferromagneten und könnten neuartige Technologien ermöglichen. Das Überraschende: Altermagnete sind alles andere als selten.
Vor Jahrtausenden kam die Menschheit erstmals mit Magnetismus in Kontakt: Die seltsamen Kräfte, die vom ferromagnetischen Magnetit ausgehen, fielen unter anderem Gelehrten im heutigen China und in Griechenland auf. Inzwischen haben Physikerinnen und Physiker die Mechanismen hinter magnetischen Materialien ausgiebig untersucht – und doch machte ein Team um den Festkörperphysiker Libor Šmejkal von der Johannes Gutenberg-Universität Mainz im Jahr 2020 eine erstaunliche Entdeckung: Es beobachtete ein seltsames Verhalten von Elektronen, das sich nur durch eine neue, bisher unbekannte Form von Magnetismus erklären ließ. Ob ein solcher »Altermagnetismus« wirklich existiert, blieb zunächst offen. Doch haben drei Forschungsgruppen unabhängig voneinander in Laborexperimenten nachgewiesen, dass Altermagnetismus real ist. Und nicht nur das: Er könnte sich in der Praxis als überaus nützlich erweisen.
Was in der Vergangenheit wie eine magische Kraft wirkte, ist inzwischen genauestens verstanden. Magnete sind kristalline Festkörper, die aus in regelmäßigen Gittern angeordneten Atomen bestehen. Diese Atome besitzen eine Art Eigendrehimpuls, einen »Spin«, der in verschiedene Richtungen zeigen kann. Sind die atomaren Spins in einem Kristall alle gleich ausgerichtet, handelt es sich um einen Ferromagneten, wie das bereits in der Antike beobachtete Magnetit. In anderen Stoffen sind die Spins hingegen so wild durcheinandergewürfelt, dass sie keiner erkennbaren Struktur folgen – solche Materialien gelten als nichtmagnetisch. 1930 entdeckte der Physiker Louis Néel eine zweite Form von Magnetismus in so genannten Antiferromagneten. Sie erzeugen zwar kein äußeres Magnetfeld, doch die Spins in ihrem Inneren sind geordnet: Sie zeigen abwechselnd in unterschiedliche Richtungen. Wenn der Spin eines Atoms nach Norden zeigt, sind die Spins der benachbarten Atome nach Süden gerichtet. Somit heben sich die magnetischen Momente der Teilchen gegenseitig auf. Antiferromagnete tauchen in der Natur deutlich häufiger auf als Ferromagnete.
Lange übersehene Form des Magnetismus
Wie sich herausstellt, haben selbst Fachleute jahrzehntelang eine dritte Form des Magnetismus übersehen. »Altermagnete verbinden quasi die Eigenschaften von Ferromagneten und Antiferromagneten«, sagt der Festkörperphysiker HansJoachim Elmers von der Johannes Gutenberg Universität in Mainz, der am Nachweis von Altermagneten beteiligt war. Von außen betrachtet erzeugen diese Materialien ebenso wie Antiferromagnete kein Magnetfeld. Doch tatsächlich besitzen sie Merkmale, die eigentlich Ferromagneten vorbehalten sind.
Das stellten Šmejkal und seine Arbeitsgruppe fest
