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Magnetmonopole in Spin-Eis: Physikpreis für Dresdner Planck-Forscher

Magnetische Monopole in Spin-Eis. Abb.: MPI-PKS

Magnetische Monopole in Spin-Eis. Abb.: MPI-PKS

Dresden, 3.7.2012: Einen Magneten mag man brechen können – seinen Nord- und Südpol wird man dadurch nicht trennen, das ist uns aus Kindertagen wohl bekannt. Doch dieser Grundsatz ist nicht so ehern, wie man denkt: In der Welt der Quantenphysiker können Nord- und Südpol sehr wohl getrennte Wege gehen, wenn es nur kalt genug ist und sie die rechte Umgebung dafür finden.

Der Nachweis, dass sich einzelne Magnetpole – sogenannte „Monopole“ – manchmal wie eigenständige Teilchen auf freier Wanderschaft verhalten, hat nun Prof. Roderich Moessner, dem Direktor des Dresdner „Max-Planck-Instituts für Physik komplexer Systeme“ (MPI-PKS), einen renommierten Forscherpreis eingetragen: Am 5. September wird er gemeinsam mit weiteren Wissenschaftlern dafür den „European Physical Society Condensed Matter Division Europhysics Prize“ in Edinburgh erhalten, wie das Institut mitteilte.

Prof. Roderich Moessner. Abb.: MPI-PKS

Prof. Roderich Moessner. Abb.: MPI-PKS

Analysiert hat das Team um Prof. Moessner das Phänomen in einem auf rund minus 270 Grad abgekühlten Material aus den Elementen Dysprosium, Titan und Sauerstoff. Dort richten sich die magnetischen Momente von Elementarteilchen, die sogenannten „Spins“, in einer eiskristall-ähnlichen Struktur aus. Daher wird dieser Zustand als „Spin-Eis“ bezeichnet.

Dort stellten sie fest, dass  sich Nord- und Südpol der mikroskopischen kleinen „Stabmagnete“ der Atome trennen, und die resultierenden „Monopole frei durchs Material bewegen konnten. Da es sich dabei nicht um echte Magnetladungs-Teilchen handelte, sich die Monopole aber ähnlich verhielten wie wirkliche Elementarteilchen, sprechen die Physiker hier von „Quasi-Teilchen“. Moessner vergleicht das Phänomen mit Wellen auf einem Teich: Nicht das einzelne Wassermolekül, sondern das kollektive Zusammenspiel der Teilchen sorgt für die neue Qualität namens „Welle“.

Was für Physiker eine kleine Sensation ist, wird in der praktischen Anwendung im Alltag aber wohl noch auf sich warten lassen, unter anderen, weil die „Monopole“ nur bei aufwändiger Kühlung durch flüssiges Helium zu vagabundieren beginnen. Denkbar sei allerdings, so Moessner, ein Einsatz in der Spintronik, einer hochintegrierten Alternativtechnologie zu heutigen Computern, die sich noch im Forschungsstadium befindet. Heiko Weckbrodt