Fermibögen in einem an BESSY II nachgewiesenen Antiferromagneten

Eine internationale Kooperation hat Proben von NdBi-Kristallen analysiert, die interessante magnetische Eigenschaften aufweisen. In ihren Experimenten einschließlich Messungen an BESSY II konnten sie Hinweise auf sogenannte Fermi-Bögen im antiferromagnetischen Zustand der Probe bei tiefen Temperaturen finden. Diese Beobachtung lässt sich noch nicht durch bestehende theoretische Ideen erklären und eröffnet spannende Möglichkeiten, diese Art von Materialien für innovative Informationstechnologien zu nutzen, die eher auf dem Elektronenspin als auf der Ladung basieren.

Neodym-Wismut-Kristalle gehören zu der breiten Palette von Materialien mit interessanten magnetischen Eigenschaften. Die in den Experimenten gemessene Fermi-Fläche enthält Informationen über die Transporteigenschaften von Ladungsträgern im Kristall. Während die Fermi-Fläche normalerweise aus geschlossenen Konturen besteht, sind unterbrochene Abschnitte, die als Fermi-Bögen bekannt sind, sehr selten und können Signaturen ungewöhnlicher elektronischer Zustände sein.

Ungewöhnliche magnetische Spaltungen

In einer jetzt veröffentlichten Studie in Naturpräsentiert das Team experimentelle Beweise für solche Fermi-Bögen. Sie beobachteten eine ungewöhnliche magnetische Aufspaltung im antiferromagnetischen Zustand der Proben unterhalb einer Temperatur von 24 Kelvin (der Néel-Temperatur). Diese Aufspaltung erzeugt Bänder mit entgegengesetzter Krümmung, die sich zusammen mit der antiferromagnetischen Ordnung mit der Temperatur ändert.

Diese Ergebnisse sind sehr wichtig, da sie sich grundlegend von zuvor theoretisch betrachteten und experimentell berichteten Fällen magnetischer Aufspaltung unterscheiden. Bei bekannten Zeeman- und Rashba-Splittings bleibt die Krümmung der Bänder immer erhalten. Da beide Aufspaltungen für die Spintronik wichtig sind, könnten diese neuen Erkenntnisse zu neuartigen Anwendungen führen, zumal sich der Fokus der Spintronik-Forschung derzeit von traditionellen ferromagnetischen zu antiferromagnetischen Materialien verlagert.