Ein Kristall kann im Inneren magnetisch geordnet sein, obwohl sich seine magnetischen Momente in der Summe ausgleichen. Bei Altermagneten macht die Anordnung der Atome trotzdem einen Unterschied für Elektronen. Der Spektrum-Podcast vom 6. November stellt diese Ordnung und die Aussicht auf neue Speicher vor. Zwei im Oktober veröffentlichte Experimente erlauben einen genaueren Blick darauf, was im Labor belegt ist. Originalfolge mit vollständigem Transkript
Wann die Kristallstruktur den Unterschied macht
Das vertraute Beispiel ist der Ferromagnet. Viele magnetische Momente weisen in dieselbe Richtung, sodass eine Magnetisierung übrig bleibt. In einem ideal kompensierten Antiferromagneten stehen sich gleich große Momente gegenüber. Die Beiträge heben sich im Mittel auf. Auch bei einem idealen Altermagneten ist die Nettomagnetisierung null. Entscheidend ist, wie sich die Umgebung der entgegengesetzten Momente im Kristall ineinander überführen lässt. In der Theorie von 2022 verbindet eine Kristalldrehung die entgegengesetzt ausgerichteten Teilgitter. Damit können sich die Energien von Elektronenzuständen mit entgegengesetztem Spin je nach Bewegungsrichtung unterscheiden. Theoriearbeit zu den Kristallsymmetrien
Die Einordnung als dritte Klasse bezieht sich hier auf kollineare Ordnung. Die magnetischen Momente liegen dabei entlang einer gemeinsamen Achse und können in die eine oder andere Richtung weisen. Die Bezeichnung erfasst eine besondere Symmetrie in dieser Gruppe. Antiferromagnetische Ordnung selbst ist seit Jahrzehnten experimentell bekannt. Shull und Smart veröffentlichten 1949 Beugungsdaten zu Manganmonoxid. 1970 erhielt Louis Néel den Physiknobelpreis für seine grundlegenden Arbeiten an solchen magnetischen Phänomenen. Originalarbeit von 1949 · Offizielle Dokumentation zum Nobelpreis 1970
Was Röntgenstrahlen und Neutronen zeigen
Bei Mangantellurid, kurz MnTe, zeigte ein Team schon 2024, dass die elektronischen Energiebänder trotz kompensierter Magnetisierung eine spinabhängige Aufspaltung aufweisen. Die neue Arbeit prüft eine andere Vorhersage. Das Team um Daniel Jost beschoss MnTe am europäischen Synchrotron ESRF mit Röntgenlicht verschiedener zirkularer Polarisation. Der Kristall streute das Licht je nach Polarisation bei einer magnetischen Anregung unterschiedlich stark. Diese Händigkeit bezeichnet hier eine Eigenschaft der Anregung. Der Vergleich von Streusignalen und Theorie stützt die Zuordnung von MnTe zu den Altermagneten. Frühere Messung der Elektronenzustände · Röntgenexperiment in Mangantellurid · Einordnung der beteiligten Forschenden
Das zweite Team untersuchte Mangandifluorid, MnF₂, mit polarisierten Neutronen. Es konnte zwei magnetische Anregungen unterscheiden. Eine solche Aufspaltung kann in diesem Material bereits durch die Wechselwirkung der magnetischen Momente entstehen. In der präparierten Probe wechselte das chirale Streusignal jedoch zwischen den beiden Anregungen sein Vorzeichen. Darin sehen die Autorinnen und Autoren den entscheidenden Beleg für Altermagnetismus in MnF₂. Die beiden Arbeiten erschienen am 29. Oktober 2026 in Science. Neutronenexperiment in Mangandifluorid, Abbildungen 2 und 3
Warum es bei Rutheniumdioxid auf die Probe ankommt
Rutheniumdioxid, RuO₂, spielt in der Geschichte eine besondere Rolle. Es war ein früher theoretischer Kandidat. Eine Studie fand in kompakten Kristallen und elf Nanometer dünnen Filmen innerhalb ihrer Nachweisgrenzen keine magnetische Ordnung. Das Team setzte dafür Myonenspektroskopie ein und prüfte die Kristalle zusätzlich mit Neutronen. Ein anderes Team stellte auf einem Trägermaterial verspannte Schichten her, die weniger als fünf Nanometer dick waren. Dort zeigte die spinaufgelöste Photoemission Signaturen, die das Team mit Altermagnetismus vereinbar findet. Die Befunde gelten für unterschiedliche Proben. Für die Bewertung zählen deshalb neben der chemischen Formel auch Schichtdicke, mechanische Verspannung und Messmethode. Messung an RuO₂-Proben · Experiment an verspannten Dünnschichten · Messaufbau und Ergebnisgrafik der beteiligten Einrichtung
Was die Befunde für Datenspeicher bedeuten
In der Spintronik lässt sich neben der elektrischen Ladung auch der Spin nutzen, um Informationen auszulesen oder zu verarbeiten. Die kompensierte magnetische Ordnung ist dafür interessant, weil sich in idealen Proben die Momente weitgehend ausgleichen und die Elektronenzustände dennoch spinabhängig sein können. Ein Team hat magnetische Strukturen in MnTe im Labor abgebildet und ihre Bildung gezielt beeinflusst. Andere Forschende suchen nach weiteren Materialien. Eine Rechenstudie durchsuchte 2.287 Einträge einer Datenbank und fand 180 Materialien mit einer nennenswerten berechneten Bandaufspaltung. Jeder Kandidat muss für die beabsichtigte Anwendung eigens untersucht werden. Experiment zur Kontrolle der magnetischen Strukturen · Materialsuche per Rechnung
Ein Speicherchip braucht einen Zustand, der zuverlässig geschrieben, ausgelesen und gehalten werden kann. Hinzu kommen Anforderungen an Herstellung und Betriebstemperatur. Wie schnell oder sparsam ein fertiges Bauteil wäre, ließe sich erst in solchen Gerätetests mit konkreten Vergleichswerten beantworten. Auch die Originalfolge ordnet den praktischen Einsatz als offene Forschungsfrage ein. Die aktuellen Versuche beantworten zunächst die Materialfrage, und zwar für MnTe und MnF₂ mit jeweils eigener Messmethode. Originalfolge, Kapitel ab 15:12 und 17:46