Erstmals schwache Elektromagnonen mit Neutronen nachgewiesen

multiferroika-jcns Experiment (links) und Simulation (rechts), gespiegelt dargestellt. © Forschungszentrum Jülich

Experiment (links) und Simulation (rechts), gespiegelt dargestellt. © Forschungszentrum Jülich

Forscher des Jülich Centre for Neutron Science (JCNS) haben gemeinsam mit deutschen und internationalen Partnern erstmals schwache Elektromagnonen eindeutig mittels Neutronenstreuung nachweisen können. Ihre Untersuchungen an Hübnerit-Einkristallen (chemische Formel: MnWO₄) liefern einen weiteren Baustein, um das komplexe Phänomen Multiferroizität besser zu verstehen.

Multiferroische Materialien sind zugleich magnetisch und elektrisch; beide Eigenschaften beeinflussen sich gegenseitig. So können magnetische Kräfte Atome in Multiferroika ein wenig aus ihrer ursprünglichen Position verschieben und den Kristall dadurch elektrisch polarisieren. Umgekehrt lässt sich die Magnetisierung durch Anlegen elektrischer Felder verändern. Das macht die Materialklasse zu interessanten Kandidaten für technische Anwendungen, zum Beispiel für neuartige Datenspeicher für die Informationstechnologie. Die Bits würden dabei durch das Anlegen einer elektrischen Spannung statt eines elektrischen Feldes eingeschrieben. Verglichen mit heutigen Methoden könnte diese Vorgehensweise Strom sparen und die Speicherung beschleunigen.

Um multiferroische Materialien passgenau zu designen, so dass sie sich bei Raumtemperatur nutzen lassen, ist es ist wichtig, im Detail zu verstehen, wie die elektromagnetische Kopplung entsteht und in welchen Materialien sie besonders stark ist. Das Vorkommen so genannter Elektromagnone gilt als Hinweis für Multiferroika mit besonders starker Kopplung. Elektromagnone sind fundamentale Anregungen, die sowohl elektrische als auch magnetische Dipolmomente aufweisen. Erst seit wenigen Jahren können sie experimentell mit Infrarotspektroskopie nachgewiesen werden. Für schwache Elektromagnonen ist diese Methode jedoch nicht leistungsstark genug. Den Forschern um Dr. Yinguo Xiao vom JCNS gelang nun der erste eindeutige Nachweis von Elektromagnonen niedriger Energien ( 0,07 und 0.45 meV). Für die Untersuchungen nutzten die Forscher das von Jülich betriebene Kalte Dreiachsenspektrometer PANDA an der Außenstelle des Instituts am Heinz Meier-Leibnitz Zentrum in Garching bei München.