Sein Ergebnis veröffentlichte er kürzlich in der Fachzeitschrift Physical Review B. Den Einkristall untersuchte Janoschek im Rahmen seiner Promotion bei Prof. Dr. Peter Böni (Lehrstuhl E21 des Physik Departments der Technischen Universität München). Entscheidende Messungen wurden hierbei am Instrument HEiDi der Forschungs-Neutronenquelle in Garching gemeinsam mit dem Instrumentverantwortlichen Dr. Martin Meven durchgeführt.
Erst durch die am HEiDi mit hohem Neutronenfluss verfügbare kurze Wellenlänge von 0,55 Ångström konnte Marc Janoscheck sowohl die atomare Struktur als auch die magnetische Ordnung mit hinreichender Genauigkeit studieren.
Zunsätzlich verwendete der 30-Jährige zum Auflösen der magnetischen Struktur am Paul Scherrer Institut in der Schweiz (PSI) eine neuartige Methode mit polarisierten Neutronen, die sogenannte 3D-Polarisationsanalyse. Mit einer solchen Messung lässt sich die magnetische Struktur in allen drei Raumdimensionen exakt bestimmen. Das dazu nötige Messgerät namens MuPAD (Mu-Metal Polarisation Analysis Device) hatte Janoschek während seiner Diplomarbeit an der TUM entwickelt und gebaut. Am FRM II kann MuPAD auf den Instrumenten POLI und MIRA eingesetzt werden. Daneben steht am POLI auch das vergleichbare CryoPAD zur Verfügung. Janoschek freut sich bereits darauf, diese Technik in Zukunft am FRM II einzusetzen.
Im Fall des Neodym-Eisenborat entdeckten die Wissenschaftler der Technischen Universität München und des Paul Scherrer Instituts eine seltene magnetische Struktur, die bislang nur in zwei weiteren Materialien nachgewiesen wurde: eine monochirale Helix. Normalerweise haben Helices gleichzeitig eine rechts- und eine linkshändige Version. In einer monochiralen Helix ist nur eine dieser zwei Versionen realisiert. Dies wurde zuvor nur in Mangansilizium (MnSi) und Ba3NbFe3Si2O14 nachgewiesen.
Die magnetische Helix in Neodym-Eisenborat hat eine weitere interessante Eigenschaft. Die Helix transformiert sich in ein magnetisches Soliton-Gitter (s. Abb.), wenn die Temperatur des Materials geändert wird. Ein magnetisches Soliton-Gitter entsteht durch die Verzerrung einer periodischen magnetischen Struktur durch eine nicht-lineare Kraft. In Neodym Eisenborat entsteht das Soliton-Gitter ohne äußere Einflüsse, das Material erzeugt diese Kraft bei der Temperaturveränderung selbst.
Die Entdeckung könnte dazu beitragen, dass neue magnetische Speicherelemente auf der Basis der magnetischen Chiralität entwickelt werden.
Originapublikation:
Single magnetic chirality in the magnetoelectric NdFe3(11BO3), M. Janoschek et al, Phys. Rev. B, 81, 094429 (2010)