17 feb. 1999
2 minuten
Onderzoekers van onderzoeksinstituut Mesa+ van de Universiteit Twente en stichting FOM zijn er als eersten ter wereld in geslaagd om dunne films van een zogenoemd spinijs-materiaal te creëren. Spinijs-materialen zijn voor natuurkundigen zeer interessant, omdat er magnetische monopool-achtige verschijnselen in kunnen optreden. Het onderzoek is gepubliceerd in het wetenschappelijke vakblad Applied Physics Letters Materials.
Magneten hebben een noord- en een zuidpool, die je niet van elkaar kunt scheiden. Hoe vaak je een magneet ook doorzaagt, uiteindelijk ontstaan er steeds kleinere magneten met twee polen. Het bestaan van magnetische monopolen – deeltjes met alleen een noord-, of alleen een zuidpool – is in 1931 al voorspeld, maar is ondanks intensieve zoektochten van natuurkundigen nog nooit bevestigd. Toch is het mogelijk om onderzoek te doen naar magnetische monopolen, met behulp van zogenaamde spinijs-materialen. In deze materialen is het mogelijk om de magnetische polen van elkaar los te koppelen en zelfstandig door het materiaal heen te laten bewegen. De magnetische lading stroomt hierbij door het materiaal, zoals ook elektrische lading zich door een materiaal kan verplaatsen. Spinijs-materialen kunnen daarmee aan de basis staan van toepassingen op het gebied van ‘magnetriciteit’ (de magnetische evenknie van elektriciteit).
Dunne lagen
Onderzoek aan spinijs-materialen vond tot nu toe altijd plaats met behulp van complete kristallen (bulkkristallen), maar om toepassingen dichterbij te brengen heb je dunne lagen van het materiaal nodig, die je bijvoorbeeld op een chip kunt verwerken. Onderzoekers van onderzoeksinstituut Mesa+ van de Universiteit Twente zijn er nu in geslaagd om dunne films van een spinijs-materiaal te creëren. Hierbij lieten ze holmium-titaan-oxide (Ho2Ti2O7) op een substraat neerslaan waarmee ze films, dunne lagen van 10 tot 120 nanometer dik, van het materiaal creëerden.
Spin-ijs
De magnetische ionen (ook wel ‘spins’ genoemd) binnen een spinijs-materiaal zijn in het kristalrooster in een tetraëdische structuur (viervlak) gedwongen. Omdat het totale magnetisch moment van het materiaal nul is, zijn twee van de magnetische momenten op elk viervlak naar binnen en twee naar buiten toe gericht. De structuur is vergelijkbaar met bevroren water, waarin elk zuurstofatoom twee korte en twee lange verbindingen heeft met vier waterstofatomen. Op het moment dat, bijvoorbeeld door een extern magneetveld, één van de magnetisch momenten op het hoekpunt van een viervlak omklapt, dan ontstaan er twee magnetische ladingen in het materiaal: de magnetische monopolen. Als een magnetisch moment op een naastgelegen viervlak ook omklapt, wordt slechts één van de monopolen verplaatst. Door een keten van magnetische momenten om te draaien, worden de monopolen uit elkaar getrokken en kunnen ze zich vrij door het materiaal verplaatsen.
Onderzoek
Het onderzoek is uitgevoerd door onder meer Denise Leusink, Francesco Coneri, Marcel Hoek en Hans Hilgenkamp van de vakgroep Interfaces and Correlated Electron systems van onderzoeksinstituut Mesa+ van de Universiteit Twente. Bij het onderzoek is nauw samengewerkt met onderzoekers van de Universiteit van Antwerpen en de Katholieke Universiteit van Leuven. Het onderzoek is financieel mede mogelijk gemaakt door de Stichting voor Fundamenteel Onderzoek der Materie (FOM), de Nederlandse organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek (NWO) en de Europese Unie.
Anderen lazen ook
