Leeds – Einem international Forschersteam ist es zum ersten Mal gelungen, von Natur aus unmagnetische Metalle wie etwa Kupfer magnetisch zu machen. Für ihre Experimente griffen die Physiker auf einen Trick zurück: Sie hüllten das Kupfer in Fullerene aus 60 Kohlenstoffatomen ein. Diese als Buckyballs bekannten molekularen Polyeder verfügen über einige einzigartige Eigenschaften. Die von der Universität Leeds geleitete Studie könnte helfen, neuartige Magnete für unterschiedlichste technische Anwendungen zu entwickeln.

Magnete kommen in vielen technischen Anwendungen zum Einsatz: in Stromgeneratoren, bei der Datenspeicherung auf Festplatten oder in Geräten für die medizinische Bildgebung. Permanentmagnete, also solche, die dauerhaft magnetisch sind, können nur aus den drei ferromagnetischen Elementen Eisen, Kobalt und Nickel hergestellt werden. Um die Eigenschaften der Magnete an die Bedürfnisse einzelner Anwendungen anzupassen, fügt man diesen Elementen oft noch kleine Mengen anderer Elemente bei, wobei man zum Teil auf Substanzen zurückgreifen muss, die nur in geringen Mengen verfügbar sind oder schädliche Eigenschaften haben.

Fußbälle machen Kupfer magnetisch

In einem internationalen Forschungsprojekt haben nun Forschende gezeigt, wie man natürlicherweise unmagnetische Metalle dazu bewegen kann, magnetisch zu werden. Fatma Al Ma’Mari von der Fakultät für Physik und Astronomie der Universität Leeds betont: "Damit wird denkbar, dass Magnete für die Geräte der Zukunft aus Substanzen hergestellt werden, die ungefährlich sind und in grossen Mengen zur Verfügung stehen wie etwa Kohlenstoff oder Kupfer."

Für ihre Versuche haben die Forschenden auf einem dünnen Kupferstreifen eine Schicht von Kohlenstoff-60-Molekülen – wegen ihrer Form auch Fussball-Moleküle genannt – aufgetragen. Die Bewegung der Elektronen durch die Grenzfläche zwischen den beiden Schichten verändert die magnetischen Eigenschaften des kombinierten Materials so sehr, dass dieses permanent magnetisiert werden kann.

Dass tatsächlich die Grenzfläche zwischen den beiden Materialien für das magnetische Verhalten verantwortlich ist, haben Experimente mit Myonen am Paul Scherrer Institut PSI im schweizerischen Villigen gezeigt. Myonen sind instabile Elementarteilchen, mit deren Hilfe man gezielt den Magnetismus an verschiedenen Stellen im Inneren von Materialien untersuchen kann. Im Experiment werden die Myonen in das untersuchte Material "hineingeschossen". Da sie sich selbst wie winzige Kompassnadeln verhalten, reagieren sie auf das Magnetfeld an dem Ort im Material, an dem sie sich befinden. Aus ihren Zerfallsprodukten lassen sich die magnetischen Vorgänge im Inneren des Materials erschließen.

Noch zu schwach

Die Forscher betonen, dass sie zwar das grundsätzliche Prinzip gezeigt haben, dass sie aber noch daran arbeiten müssen, die Magnete stärker zu machen. "Die Magnete, die wir jetzt erzeugt haben, sind noch sehr schwach: sie würden nicht an der Kühlschranktür halten. Aber wir sind überzeugt, dass man mit der richtigen Kombination von chemischen Elementen neuartige Magnete entwickeln kann, die in verschiedenen Zukunftstechnologien Anwendung finden werden", meint Oscar Céspedes, Leiter des Forschungsprojekts an der Universität Leeds. (red, 6.8.2015)