Vortragsthema
Prof. Michael Loewenhaupt | ||
Blick ins Innere von Magneten | ||
Darüber, wie es im Innern von Magneten aussieht, konnte bis zur Mitte des letzten Jahrhunderts nur spekuliert werden: Ampère (um 1823) stellte sich vor, dass es im Innern eines Ferromagneten (z.B. Fe) kleine Ringströme gibt, die sog. Ampèreschen Ströme, deren resultierende Verteilung auf der Oberfläche des Materials für die nach außen wirkende Magnetisierung verantwortlich ist; Néel (1936, Néel-Zustand, Nobelpreis 1970) schlug für einen Antiferromagneten ein Modell vor, bei dem kleine, atomare, magnetische Dipolmomente jeweils entgegengesetzt ausgerichtet sind, so dass der Kristall nach außen hin "unmagnetisch" erscheint. Jedoch erst durch die Entdeckung des Neutrons (Chadwick 1932, Nobelpreis 1935) und durch den Bau von Forschungsreaktoren Ende der 40er Jahre und in den folgenden Jahrzehnten des letzten Jahrhunderts, die einen genügend intensiven Neutronenstahl lieferten, konnte man experimentell fundierte Aussagen darüber machen, wie es im Innern von magnetischen Materialien wirklich aussieht. Neutronen sind elektrisch neutrale Teilchen (sie können daher tief in die Materie eindringen), besitzen aber ein magnetisches Dipolmoment ("Spin"), das mit der Magnetisierung im Innern der Magnete wechselwirkt. Lässt man einen Neutronenstrahl auf einen Kristall treffen, so kann man (ähnlich wie bei der Kristallstrukturanalyse mit Röntgenstrahlen) aus dem Streubild auf die Anordnung der magnetischen Momente im Kristall schließen. Das Bild unten zeigt ein Neutron (als "Welle mit Spin") wie es auf einen Kristall mit Uran (U) und Eisen (Fe) Atomen trifft und gestreut wird. Die gezeigte Anordnung der magnetischen Momente von U und Fe lässt sich dann aus dem gemessenen Streubild rekonstruieren. Cliff Shull (Nobelpreis 1994) machte als erster 1949 ein derartiges Experiment; seitdem ist die magnetische Strukturbestimmung mit Neutronen zur Standardmethode geworden. Erst in den letzten Jahren gelang es auch mit Synchrotronstrahlung, die magnetische Struktur von Einkristallen zu bestimmen. Neben der magnetischen Struktur kann man mit Neutronen auch die sog. Spinwellen ausmessen, die vom "kollektiven Wackeln der magnetischen Momente" herrühren. Es ist also heutzutage möglich, in das Innere von Magneten zu blicken und Aussagen zu der atomaren Anordnung der magnetischen Momente und deren Bewegung ("Wackeln") zu machen. Folien vom Vortrag (pdf-Datei, 8,5 MB) | ||