Was macht einen Magneten zum Magneten? Die Antwort ist komplizierter als gedacht. Forschende entdecken sogenannte Altermagnete, deren ungewöhnliche Eigenschaften extrem interessant sind.
Altermagnete verändern den Blick auf Magnetismus. Lange unterschied die Physik nämlich vor allem zwischen Ferromagneten und Antiferromagneten. Ferromagneten sind die, die wir alle auch aus dem Alltag kennen. Bei ihnen steht ein messbares Magnetfeld, in dem der sogenannte „Spin“ vieler Elektronen gleich ausgerichtet ist. Bei Antiferromagneten zeigen die Spins in entgegengesetzte Richtungen, sodass sich die Magnetfelder aufheben.
Altermagnete verbinden nun Eigenschaften beider Klassen: Die magnetischen Spins der Atome sind nicht gleich ausgerichtet wie bei einem Ferromagneten, sondern abwechselnd, wie bei einem Antiferromagneten. Dennoch wirkt auf die Elektronen in diesem Material ein starkes Magnetfeld. Das stellt die Forschung vor einige Rätsel, macht solche Materialien aber auch extrem interessant. Denn das Interesse an der Erforschung neuer Materialien mit spezifischen Eigenschaften ist groß.
Ausgangspunkt waren Fragen rund um Rutheniumdioxid. Der eigentlich antiferromagnetische Stoff weist einen ungewöhnlichen Hall-Effekt auf — eine Eigenschaft, die man normalerweise mit Ferromagneten verbindet. Die Erklärung fand man schließlich in der Symmetrie des Materials: Die räumliche Anordnung der Atome und ihrer Elektronenwolken sorgt offenbar dafür, dass sich Spinrichtung und Struktur auf besondere Weise miteinander verbinden.
Damit war klar: Nicht allein die Magnetisierung bestimmt die Eigenschaften eines Magneten, sondern seine Symmetrien. Inzwischen fanden Forschende mehr als 200 potenzielle Altermagnete unter bereits bekannten Materialien. 2024 wurde Altermagnetismus erstmals experimentell bestätigt.
Besonders interessant sind die möglichen Anwendungen. Altermagnete könnten die Vorteile klassischer Magnete verbinden. So hoffen Expertinnen und Experten etwa auf deutlich schnellere und energieeffizientere Speichertechnologien für Computer.
Von einem praktischen Einsatz ist die Forschung allerdings noch weit entfernt. Manche Materialien funktionieren nur bei extrem niedrigen Temperaturen oder sind chemisch instabil.
Wir sind noch weit von einem marktreifen Chip mit Altermagneten entfernt.
Manon Bischoff
Manon Bischoff ist bei Spektrum der Wissenschaft Redakteurin für Mathe und Physik. Im Gespräch mit detektor.fm-Moderator Marc Zimmer erklärt sie, was Altermagnete ausmacht und wieso diese neue Form des Magnetismus so spannend ist.