Lebensdauer von magnetischen Schwingungen in Antiferromagneten erstmals verstanden

Wissenschaftler am Instrument TRISP Dr. Thomas Keller, Instrumentverantwortlicher für TRISP und Dipl. Ing. Kathrin Buchner (v.l.) mit einem Kryostaten am Dreiachsenspektrometer TRISP an der Forschungs-Neutronenquelle Heinz Maier-Leibnitz (FRM II) der Technischen Universitaet Muenchen, Maerz 2010 © Eckert, Heddergott / TUM

Dr. Thomas Keller, Instrumentverantwortlicher für TRISP und Dipl. Ing. Kathrin Buchner (v.l.) mit einem Kryostaten am Dreiachsenspektrometer TRISP an der Forschungs-Neutronenquelle Heinz Maier-Leibnitz (FRM II) der Technischen Universitaet Muenchen, Maerz 2010 © Eckert, Heddergott / TUM

Mit hochaufgelöster Neutronenstreuung am Instrument TRISP der Max-Planck Gesellschaft am Heinz Maier-Leibnitz Zentrum (MLZ) wurde die Lebensdauer von magnetischen Schwingungen in Antiferromagneten bestimmt und erstmals eine korrekte Theorie aufgestellt.

Ziel der Arbeit, die jetzt in den Physical Review Letters erschienen ist, war es, die Lebensdauer magnetischer Schwingungen, so genannter Magnonen, in einfachen Modell-Antiferromagneten zu verstehen. Im Gegensatz zu den bekannten Ferromagneten (z.B. Eisen) sind die magnetischen Momente benachbarter Atome im weniger bekannten Antiferromagneten entgegengesetzt orientiert. Die magnetischen Momente führen Schwingungen aus, die aber nur wenige Nanosekunden andauern oder leben, das heißt die Schwingungen sind gedämpft. Diese Lebensdauer ist für das Verständnis vieler Materialeigenschaften wichtig. Das konnte jetzt erstmals mittels hochaufgelöster Neutronenstreuung am Instrument TRISP am FRM II gemessen werden. Dabei zeigte sich, dass bisherige Theorien falsche Lebensdauern vorhersagen. Basierend auf den Daten, die am Instrument TRISP in Garching gemessen wurden, konnte Alan Tennent vom Helmholtzzentrum Berlin eine korrekte Theorie erstellen, sodass die Lebensdauer der Gitterschwingungen auch in anderen Materialien berechnet werden kann.

Viele neue Materialien wie etwa Hochtemperatur-Supraleiter oder Quanten-Magnete sind Antiferromagneten. Erstere erlauben den Bau verlustfreier Stromleitungen und effizienter Generatoren für Windräder und Wasserkraftwerke, letztere sind Kandidaten für Bauteile von zukünftigen ultraschnellen Quanten-Computern. Die magnetischen Schwingungen sind grundlegend wichtig für die Funktion dieser Materialien, aber noch nicht vollständig verstanden. Die Messungen am MLZ liefern hier einen wichtigen Baustein.