Materialkombination Magnete aus eigentlich unmagnetischen Metall entwickelt

© Magnet aus Kupfer Aney wikipedia.org

06. August 2015 17:55 D. Lenz

Forschern ist es mit Hilfe von Kohlenstoff gelungen, das von Natur aus unmagnetisches Kupfer zu magnetisieren. Diese neue Entdeckung könnte in Zukunft neuartige Magnete für ganz unterschiedliche technische Geräte zu entwickeln.

Leeds (England).

In unzähligen technischen Geräten sind Magnete wichtige Bauteile. Ob in der medizinischen Bildgebung, in Stromgeneratoren oder in Magnetfestplatten – viele Geräte würde es ohne den Einsatz von Magneten nicht geben. Jedoch lassen sich Dauermagnete, also Magnete die dauerhaft magnetische Eigenschaften besitzen, nur aus den drei ferromagnetischen Metallen Eisen, Kobalt und Nickel herstellen. Dem Metall mischt man dazu häufig noch kleine Mengen anderer Elemente bei. Dieses Produktionsverfahren bringt jedoch zwei Probleme mit sich: Zum einen sind einige Elemente nur in äußerst geringen Menschen verfügbar und/oder diese haben negative Eigenschaften.

Molekulare Grenzfläche magnetisiert Kupfer

Oscar Céspedes und seine Kollegen von der Universität Leeds ist es jetzt jedoch gelungen, ein weiteres– eigentlich nicht magnetisches – Metall zu magnetisieren. "Wir hatten schon vor einiger Zeit bemerkt, dass eine Grenzfläche zwischen einem Magneten und einer Molekülschicht die Eigenschaften des Magneten verändert", erklärt Céspedes. "So war es nur ein natürlicher Schritt, dass wir uns gefragt haben, ob es möglich sein würde, so auch eine magnetische Ordnung in einem nicht-magnetischen Material zu erzeugen."

Um besagte Grenzfläche zu erschaffen, trugen die Wissenschaftler auf einem Kupferstreifen eine nur 60 Kohlenstoffatome dünne Schicht auf. Wie Experimente anschließend gezeigt haben, brachte die Bewegung der Elektronen zwischen dem Kupfer und dem Kohlenstoff die magnetischen Eigenschaften hervor. Dieser magnetische Effekt ist aber nicht nur von kurzer Dauer, denn wie sich zeigte, wurde die Materialkombination ferromagnetisch – also zu einem Dauermagneten.

"Damit wird es denkbar, dass Magnete für die Technik der Zukunft aus Materialien hergestellt werden können, die ungefährlich sind und in großen Mengen zur Verfügung stehen wie etwa Kohlenstoff oder Kupfer", beton Erstautorin Fatma Al Ma’Mari.

Myonen brachten den magnetischen Nachweis

Dass für den magnetischen Effekt tatsächlich die Grenzfläche der beiden Materialien verantwortlich war, bewiesen die Wissenschaftler mit Hilfe von Myonen – instabilen Elementarteilchen. Mit ihrer Hilfe können Wissenschaftler gezielt nach Magnetismus an unterschiedlichen Stellen innerhalb eines Materials untersuchen und nachweisen.

"Im Experiment wurden die Myonen in das untersuchte Material hineingeschossen", erklärt Hubertus Luetkens vom Paul Scherrer Institut. "Da sie sich selbst wie winzige Kompassnadeln verhalten, reagieren sie auf das Magnetfeld an dem Ort im Material, an dem sie sich befinden. Nach kurzer Zeit zerfallen die Myonen dann wieder in andere Teilchen." Die Flugbahn der Myonen gibt den Wissenschaftlern Rückschlüsse auf die magnetischen Vorgänge im Inneren des Materials.

Bisher nur Grundlagenforschung

Die bisherigen Experimente sind eher Grundlagenforschung. Für einen praktischen Einsatz sind sie bisher noch zu schwach, so die Wissenschaftler. Sie haben jedoch gezeigt, dass es möglich ist aus unmagnetischen Metallen einen Magnet zu erschaffen. In weiteren Experimenten wollen die Wissenschaftler weitere Materialkombinationen ausprobieren und versuchen, den magnetischen Effekt zu verstärken.