Revolution im Magnetismus: Neues Forschungsprogramm an der JGU gestartet!

Revolution im Magnetismus: Neues Forschungsprogramm an der JGU gestartet!

Das Forschungsfeld des Magnetismus steht vor einem bedeutenden Umbruch, da ein neues Schwerpunktprogramm (SPP) ins Leben gerufen wurde, das die Entwicklung unkonventioneller magnetischer Systeme in den Fokus rückt. Prof. Dr. Jairo Sinova von der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) koordiniert dieses innovative Programm, das sich mit der Grundlagen- und angewandten Forschung in diesem spannenden Bereich beschäftigt. Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) hat das SPP mit dem Titel „Unkonventioneller Magnetismus: Jenseits des Paradigmas des S-Wellen-Magnetismus“ genehmigt und stellt dafür rund acht Millionen Euro für die kommenden drei Jahre bereit. Der offizielle Startschuss für das Projekt erfolgt im Jahr 2026.

Das SPP zielt darauf ab, die Herausforderungen der Informationstechnologie neu zu definieren und die Grenzen von Geschwindigkeit, Speicherdichte und Effizienz zu erweitern. Es befasst sich insbesondere mit der Entwicklung von Bauteilen und Geräten, die auf unkonventionellem Magnetismus basieren. Ein herausragendes Konzept dieser Forschung ist die „Teramagnetische Technologie“, die eine Steigerung der Geschwindigkeit und Effizienz um das Tausendfache gegenüber den aktuellen Technologien ermöglichen könnte. Dies könnte potenziell revolutionäre Auswirkungen auf die Elektronik und die digitale Kommunikationsinfrastruktur haben.

Altermagnetismus als Schlüsseltechnologie

Ein wesentlicher Bestandteil des SPP ist die Forschung zum Altermagnetismus, eine neu entdeckte dritte Art des Magnetismus, die theoretisch vorhergesagt und experimentell bestätigt wurde. Altermagnetismus vereint die Vorteile von Ferromagneten und Antiferromagneten. Dabei sind die magnetischen Spins der Atome abwechselnd ausgerichtet, jedoch unter dem Einfluss eines starken Magnetfelds. Dies eröffnet vollkommen neue Anwendungsmöglichkeiten in den Bereichen Elektronik und Spintronik. Die Entdeckung des Altermagnetismus wurde 2019 von Physikern der JGU und der Tschechischen Akademie der Wissenschaften postuliert und 2021 als spezifisches magnetisches Verhalten charakterisiert.

Bisher bekannte Formen des Magnetismus, wie Ferromagnetismus und Antiferromagnetismus, überzeugen durch ihre eigenen Eigenschaften: Ferromagneten haben Spins, die in dieselbe Richtung ausgerichtet sind und ein äußeres Magnetfeld erzeugen, während Antiferromagneten antiparallele Spins aufweisen und somit kein messbares externes Magnetfeld erzeugen. Altermagneten hingegen kombinieren die Eigenschaften beider Kategorien, was zu einem spinpolarisierten Strom führt. Trotz ihrer einzigartigen Eigenschaften erzeugen sie kein äußerlich messbares Magnetfeld.

Experimentelle Bestätigung und zukünftige Perspektiven

Vor kurzem wurde Altermagnetismus experimentell in der kristallinen Verbindung Mangantellurid (MnTe) bestätigt, welche zuvor als Antiferromagnet klassifiziert wurde. Durch den Einsatz von Röntgen-Photoemissions-Spektroskopie wurde die Elektronenspinaufspaltung analysiert, wobei die Ergebnisse mit den theoretischen Vorhersagen übereinstimmten. Diese bestätigte die Existenz des Altermagnetismus und zeigt, dass über 200 Kandidaten für altermagnetisches Verhalten identifiziert wurden, die eine Vielzahl von Eigenschaften von Isolatoren, Halbleitern, Metallen und Supraleitern aufweisen.

Die Forschung rund um den Altermagnetismus und das neue Schwerpunktprogramm wird von maßgeblichen Persönlichkeiten wie Prof. Dr. Jairo Sinova und Dr. Libor Šmejkal angeführt. Sinova ist seit 2014 an der JGU tätig und gilt als Experte für magnetische Eigenschaften in der Mikroelektronik. Šmejkal, der bis 2024 Teil von Sinovas Gruppe war, leitet nun ein Team am Max-Planck-Institut für Physik komplexer Systeme in Dresden. Ihre Arbeiten könnten der Schlüssel zur Weiterentwicklung der Theorie und Anwendung des Magnetismus in der Technologie von morgen sein.

Insgesamt steht die interdisziplinäre Zusammenarbeit von Forschungsteams aus unterschiedlichen Bereichen wie kondensierter Materie, Materialwissenschaften und Ingenieurwesen im Mittelpunkt der Bemühungen, um die Potenziale des unkonventionellen Magnetismus auszuschöpfen. Die Entwicklungen in diesem Bereich könnten nicht nur die Grundlagen der Physik erweitern, sondern auch praktische Anwendungen ermöglichen, die wesentliche Fortschritte für die Informationstechnologie versprechen.

Für mehr Informationen zu diesem Thema können die Berichte von Uni Mainz und Wissenschaft.de konsultiert werden.