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Helmholtz Perspektiven 1411

Helmholtz Perspektiven November – Dezember 2014 34 FORSCHUNG Kältemaschine Bastian Klemke zeigt die Top-Platte des Kryostaten, der bis auf minus 272 Grad Celsius herunterkühlen kann. Bilder: Phil Dera magnetisches Moment, ein Spin, anordnet. Ein Spin kann man sich wie eine Art Mini-Hantel vor- stellen. Dabei stellt ein Ende der Hantel einen ma- gnetischen Südpol und das andere Ende einen ma- gnetischen Nordpol dar – im Prinzip so ähnlich wie ein kleiner Stabmagnet. „Wird ein Magnetfeld an- gelegt, ordnen sich die vier Spins innerhalb eines Tetraeders so an, dass zwei Hanteln ihren Nordpol und die anderen beiden ihren Südpol nach außen ausrichten. Und zwar so, dass sich die nach außen gerichteten Pole in dem benachbarten Tetraeder befinden“, erklärt Experimental-Physiker Bastian Klemke, der an der Monopol-Entdeckung beteiligt war. Eine Hantel ist auf diese Weise immer auf zwei Tetraeder aufgeteilt. „Als wir die Stärke des Magnetfelds reduzierten, konnten wir beobachten, wie sich Spin-Spaghetti bildeten“, sagt Klemke. Spin-Spaghetti: So nennen die Forscher die Knäuel aus langen, miteinander verschlungenen Ketten, die die Spins bilden. Sie bestehen aus aneinan- dergereihten Spins, deren Nord- und Südpole im Wechsel angeordnet sind, so wie eine Reihe klei- ner Stabmagnete. Diese magnetischen Strukturen haben die HZB-Forscher mit Neutronenstrahlen sichtbar gemacht. Bastian Klemke: „Die Enden der Spin-Spaghetti – also ein magnetischer Nord- pol am einen und ein magnetischer Südpol am anderen Ende – konnten innerhalb des Kristalls in jedwede Richtung wandern. Dafür benötigten sie keine Energie, sie waren quasi frei und verhielten sich wie magnetische Monopole.“ Mit ihren Untersuchungen haben die Wissen- schaftler grundlegende Eigenschaften von Materie gezeigt, die bislang noch nicht bekannt waren. Und sie lieferten den experimentellen Beweis für die Existenz magnetischer Monopole nach den Berechnungen Paul Diracs – wenn auch nur als Quasi-Teilchen in einem Festkörper. Noch haben sie es nicht geschafft, mag- netische Monopole auch bei Raumtemperatur nachzuweisen. Die Hoffnung indes haben die Wissenschaftler nicht aufgegeben – und träu- men von einer neuen Generation magnetischer Speichermedien, die dann möglich würden – zum Die Untersuchungen bestätigen 83 Jahre alte Berechnungen zur Existenz magnetischer Monopole

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