Neuer Mechanismus in magnetoresistiver Verbindung

Magnetoresistive Materialien ermöglichen die sensitive Messung magnetischer Felder, denn ihr elektrischer Widerstand ändert sich messbar bei Änderungen des Winkels und der Stärke von Magnetfeldern. Weil sie außerdem miniaturisierbar sind, werden aus ihnen zahlreiche Sensoren gefertigt, die etwa in Speichermedien von Computern Daten auslesen oder in der Servolenkung von Autos den Lenkwinkel bestimmen. Jülicher und Aachener Wissenschaftler fanden nun ein ungewöhnliches temperaturabhängiges Verhalten einer magnetoresistiven Verbindung, die aus dem seltenen Erdmetall Gadolinium und dem Halbleiter Silizium besteht.

Bei Temperaturen um 54 K reagiert das Material vollkommen anders auf Magnetfelder als bei noch tieferen Temperaturen: Bei 54 K mit einer Verringerung des elektrischen Widerstands, bei tieferen Temperaturen mit einer Erhöhung. 54 K ist die Temperatur, unterhalb derer das Material magnetisch ist. Zusätzlich entdeckten die Forscher ein ungewöhnliches Schrumpfungsverhalten beim Kühlen des Materials: Erst nimmt das Volumen wie erwartet ab, aber unterhalb von 54 K nimmt es wieder zu.

Mithilfe von Streuexperimenten fanden die Forscher Hinweise auf einen neuen Mechanismus, der das auffallende Verhalten erklären kann. Quasiteilchen in den Leitungsbändern des Materials, sogenannte magnetische Polaronen, sollen es verursachen. Ein Polaron kann man sich wie eine magnetische Wolke vorstellen, die sich mit den Leitungselektronen durch das Material bewegt. Je nach Winkel des äußeren Magnetfelds kann sich die Wolke schneller oder langsamer fortbewegen - der elektrische Widerstand sinkt oder steigt. Die Forscher hoffen nun, dass ihre Erkenntnisse helfen, weitere interessante Materialien dieses Typs zu finden, die auch bei höheren, praxistauglichen Temperaturen nutzbar sind.

Originalveröffentlichung:

Possible magnetic-polaron-switched positive and negative magnetoresistance in the GdSi single crystals; H. Li et al.; Scientific Reports Volume: 2, Article number: 750, DOI:10.1038/srep00750; http://dx.doi.org/10.1038/srep00750

Informationen zum Peter Grünberg Institut, Bereich Streumethoden (PGI-4 / JCNS-2): http://www.fz-juelich.de/pgi/pgi-4/DE/Home/home_node.html