Physiker haben einen neuen magnetoelektrischen Effekt entdeckt

Wie Sie wissen, haben Elektrizität und Magnetismus eine ziemlich enge Beziehung. Denn der Betrieb von Hochspannungsleitungen bildet ein elektromagnetisches Feld, und die im Generator rotierenden Magnete starten die Stromerzeugung. Doch diese Verbindung ist viel komplizierter, als es auf den ersten Blick scheint, denn in manchen Materialien gibt es eine elektrische und magnetische Verbindung.

Die elektrischen Eigenschaften werden also durch Magnetfelder beeinflusst und umgekehrt. Man spricht in dieser Situation vom „magnetoelektrischen Effekt“, der bei manchen Geräten eine extrem wichtige Rolle spielt.

Erste Experimente mit einzigartigem Material

Die Forschungsgruppe der TU Wien untersuchte ein Material, bei dem der magnetoelektrische Effekt auf den ersten Blick unmöglich war.

Der sogenannte Langasit, ein Kristall aus Lanthan, Gallium, Silizium und Sauerstoff, der zusätzlich mit Holmium-Atomen dotiert ist, wurde eingehend untersucht.

Gleichzeitig zeigten die durchgeführten Experimente, dass auch in diesem Material der magnetoelektrische Effekt beobachtet wird. Es funktioniert nur anders als der übliche Algorithmus.

Wie sich herausstellte, kann bereits eine sehr geringe Richtungsänderung des Magnetfeldes die elektrischen Eigenschaften des Materials im entgegengesetzten Zustand verändern.

Der Haken an der Sache ist jedoch, dass dieses Material theoretisch keinen magnetoelektrischen Effekt haben kann, da das Langasit-Kristallgitter ideal symmetrisch ist.

Als Referenz. Die Beziehung zwischen elektrischen und magnetischen Eigenschaften hängt davon ab, ob der Kristall eine innere Symmetrie hat oder nicht. Wenn also in einem Kristall einer Substanz eine Seite des Kristalls ein Spiegelbild der anderen Seite ist, dann in einem solchen Material nach theoretischen Berechnungen.

Aber wie Experimente gezeigt haben, passiert etwas Ungewöhnliches, wenn Sie die Stärke des Magnetfelds erhöhen, und es sind die Holmiumatome, die ihren anfänglichen Quantenzustand ändern und eine magnetische Moment. Es ist dieser Moment, der die ideale Symmetrie des Kristalls bricht.

Aus geometrischer Sicht ist der betrachtete Kristall natürlich auch vollkommen symmetrisch geblieben, aber es ist nur notwendig, den Magnetismus von Atomen zu berücksichtigen. Aber er hat sich einfach verändert und dadurch die Symmetrie gebrochen.

Es zeigt sich, dass sich die elektrische Polarisation des Kristalls nicht durch den Einfluss des Magnetfeldes, sondern durch den magnetoelektrischen Effekt und das elektrische Feld ändern kann.

Aber die einzigartigen Eigenschaften des magnetoelektrischen Effekts endeten damit nicht. Es stellt sich heraus, dass bei einer geringfügigen Änderung der Magnetfeldrichtung die Polarisation vollständig umgekehrt werden kann.

Mit anderen Worten genügt es, das Magnetfeld leicht zu drehen, um die elektrische Polarisation des Kristalls ändern zu können.

Dies ist eine völlig neue Form des magnetoelektrischen Effekts, die sonst nirgendwo beobachtet wurde.

Wie sind die Aussichten der Eröffnung?

Jede Entdeckung muss nützlich sein. Wissenschaftler planen, Experimente fortzusetzen und zu testen, ob ein elektrisches Feld elektrische Eigenschaften ändern kann. Gelingt das neue Experiment, dann lässt sich mit dem neuen Prinzip ein völlig neuartiger Festkörperspeicher realisieren.

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