Mithilfe neuester nanotechnologischer Methoden haben amerikanische Forscher eine überraschende und bisher unbekannte Eigenschaft des ältesten bekannten magnetischen Minerals entdeckt. Unter bestimmten Bedingungen wandelt sich das normalerweise bei extrem niedrigen Temperaturen nichtleitende Magnetit in einen Stromleiter, wie sie in der Fachzeitschrift „Nature Materials“ berichten.
Magnetit ist eine Form des Eisenoxids, bei dem die Atome in einer speziellen Kristallstruktur angeordnet sind. Jeweils vier Sauerstoffatome sind dabei mit drei Eisenatomen verbunden und verleihen dem Mineral seine charakteristischen magnetischen und elektrischen Eigenschaften. Die magnetischen Eigenschaften des „Eisensteins“ waren schon vor mehr als zweitausend Jahren in China bekannt. Chinesische Schiffe navigierten bereits vor 900 Jahren mit Magnetitkompassen.
Seit immerhin 60 Jahren wissen Physiker, dass die elektrischen Eigenschaften des Magnetits sich bei sehr kalten Temperaturen nahe minus 156 Grad Celsius radikal und schnell ändern. Unterhalb dieser kritischen Temperatur wird das normalerweise leitende Magnetit zu einem Nichtleiter. Doch neue Experimente von Forschern der Rice Universität in den USA habe nun gezeigt, dass dieser Zustand sich trotz gleichbleibend niedriger Temperaturen ändern lässt.
„Wenn wir eine ausreichend große Spannung an unserem experimentellen Nanoaufbau anlegten, stellten wir fest, dass wir das gekühlte Magnetit aus seiner nichtleitenden Phase herausbringen konnten und es wieder zu einem Leiter wurde“, erklärt Doug Natelson, Professor für Physik an der Rice Universität und Leiter der Studie. „Der Übergag ist sehr scharf abgegrenzt. Wenn die Spannung unter eine kritische Schwelle sinkt, springt das Magnetit wieder zurück in seine nichtleitende Phase. Wir wissen noch nicht genau, warum dieser Wechsel geschieht, aber wir denken, dass weitere Experimente Licht auf dieses Phänomen und die Natur des nichtleitenden Zustands werfen werden.“
Auf der Suche nach neuen elektronischen Lösungen für die Computer und Festplatten der nächsten Generation stehen besonders Materialien mit steuerbaren Phasenübergängen zwischen leitenden und nichtleitenden Zuständen im Mittelpunkt des Interesses. „Es ist faszinierend, dass wir noch immer auf Überraschungen in einem Material wie dem Magnetit stoßen, das immerhin schon seit tausenden von Jahren studiert wird“, so Natelson. „Diese Entdeckung ist ein Zeugnis dessen, was heute möglich ist, seitdem wir elektronische Nanoinstrumente besitzen, mit denen wir Materialien im Nanomaßstab untersuchen können.“
(Rice University, 28.12.2007 – NPO)
