niedrigdimensionaler Magnetismus

niedrigdimensionaler Magnetismus,

 

auf ein oder zwei Raumrichtungen (Dimensionen) eingeschränkter Magnetismus, der im Vergleich zum klassischen Magnetismus ungewöhnliche Eigenschaften aufweist. - Zu den vielversprechenden Entdeckungen der vergangenen Jahrzehnte zählen in der Festkörperphysik und Materialforschung Verbindungen, die magnetisch sind und zugleich in ihrem Magnetismus auf eine oder zwei Dimensionen beschränkt sind. Auf der einen Seite zeigen diese Materialien insofern exotische Eigenschaften, als sie sich nicht ohne weiteres mit den klassischen Theorien beschreiben und vorhersagen lassen.; zu ihnen zählen u. a. Spin-Peierls-Systeme (Spin-Peierls-Übergang) und Manganate, die den Riesenmagnetowiderstandseffekt zeigen. Auf der anderen Seite bietet der niedrigdimensionale Magnetismus durch den einfacheren geometrischen Aufbau der magnetischen Schichten einen Zugang zum besseren Verständnis des dreidimensionalen Magnetismus, wie wir ihn aus dem Alltag kennen. Magnetismus ist keineswegs nur auf die wenigen Materialien beschränkt, die uns als Magnete geläufig sind, sondern eine weit verbreitete Eigenschaft, deren Verstehen von elementarer Bedeutung für die Physik der festen Stoffe ist und die über den Spin direkt in die Quantenphysik eingebettet ist. Alle bisher gefundenen niedrigdimensionalen Magnete entwickeln ihren Magnetismus nur bei sehr tiefen Temperaturen.

 

Niedrigdimensionaler Magnetismus tritt in Systemen auf, die aus schwach gekoppelten Ketten von Spins bestehen. In Analogie zu normalen Ketten sind bei den Spinketten die Atomspins wie an einer Perlenschnur aufgereiht. Diese Aufreihung ist nur dann zulässig, wenn die Spins antiparallel sind, also abwechselnd nach oben und nach unten zeigen; das ist die so genannte antiferromagnetische Ordnung (Antiferromagnetismus). Ferromagnetische Ordnung (Ferromagnetismus), die wir von Magneten und Kompassen kennen, ist in in einer Dimension bei niedrigdimensionalen Systemen energetisch unmöglich. Diesen Ordnungstyp gibt es erst in zwei Dimensionen. Beim Übergang von einer zu zwei Dimensionen spricht man von Spinleitern. Aus diesem Modell lässt sich schließlich ein echt zweidimensionaler, flächenhafter Magnetismus entwickeln.

 

Das gestiegene Forschungsinteresse an niedrigdimensionalen Quantensystemen wie Spinketten und Spinleitern liegt zum Einen an ihrem Modellcharakter für den Übergang vom theoretisch exakt berechenbaren ein- und zweidimensionalen Fall zum (realen) dreidimensionalen Fall. Zum Anderen ist die isolierende Muttersubstanz der Hochtemperatur-Supraleiter (einer Materialgruppe mit sehr hohem Anwendungspotenzial) eine dieser zweidimensionalen Substanzen, an deren theoretischer Erklärung gearbeitet wird.