Ausgezeichnete Forschung an frustrierten Magneten

Was Materialien frustriert

In ihrer Promotion an der Technischen Universität Braunschweig untersuchte Leonie Heinze natürlich vorkommende Mineralien, die Modellsysteme für frustrierte Magnete darstellen. Laut den Gutachtern leistete die Physikerin damit einen herausragenden Beitrag zum Quantenmagnetismus. „So wie sich drei Personen nicht alle gleichzeitig direkt gegenübersitzen können, können sich auch drei auf einem Dreieck angeordnete Elektronenspins nicht alle gleichzeitig antiparallel zueinander ausrichten, auch wenn dies die Kopplungen zwischen den Spins eigentlich diktieren. Eine solche Konkurrenzsituation findet man auch in manchen magnetischen Materialien.“ Diese Frustration hat Auswirkungen auf die Eigenschaften des Materials: „Das Material wird durch die konkurrierenden Kopplungen magnetisch verwirrt, und es entstehen neuartige und ungewöhnliche magnetische Zustände“, sagt Leonie Heinze

Experimente nahe dem absoluten Nullpunkt

Ein Schwerpunkt ihrer Arbeit in der Gruppe von Stefan Süllow am Institut für Physik der Kondensierten Materie war das seltene Mineral Linarit, das als Modellsystem für eine frustrierte Spin-Kette dient. Für ihre Experimente setzte sie das Material Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt aus, da viele Phänomene des Quantenmagnetismus erst bei diesen extrem niedrigen Temperaturen beobachtet werden können.

Ein Puzzle aus Experimenten

Aktuell forscht Leonie Heinze am Jülich Center for Neutron Science (JCNS) des MLZ als Instrumentenwissenschaftlerin am polarisierten Neutronendiffraktometer POLI weiter an frustrierten Magneten, beispielsweise an dem Mineral Atacamit, einer Sägezahnkette aus Spins. „Besonders schön finde ich, wie man den Magnetismus eines Materials wie bei einem Puzzle durch viele verschiedene, sich ergänzende Experimente zunehmend besser versteht. Eine wichtige experimentelle Technik hierbei ist die Neutronenstreuung, die mir während meiner Promotion sehr ans Herz gewachsen ist“, sagt Leonie Heinze.