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Magnetismus Poster: Do., 13:00–15:30 D-P257
Magnetismus an implantierten Fe-Atomen in Graphit
Rainer Sielemann 1 , Yoshio Kobayashi 2 , Yutaka Yoshida 3 , Haraldur
Gunnlaugsson 4 , Gerd Weyer 4
1 Hahn-Meitner-Institut Berlin – 2 RIKEN, Japan – 3 Shizuoka Institute of Science and
Technology, Japan – 4 University of Aarhus, Denmark
Magnetismus entsteht üblicherweise durch die Wechselwirkung magnetischer Momente
von Elektronen, wie z.B. in Materialien mit 3d Elektronen. Ein sehr aktuelles
Forschungsfeld ist die Suche nach Stoffen, die normalerweise nicht magnetisch sind
aber bei denen durch elektronische oder strukturelle Effekte Magnetismus entstehen
kann. Beispiele hierfür sind organische Magnete oder verdünnte magnetische Halbleiter.
Sehr aktuell sind Hinweise, dass sich Oxyde von Übergangsmetallen unter bestimmten
Umständen magnetisch verhalten.
Graphit als eine Form des Kohlenstoffs ist ein unmagnetisches Material und kristallisiert
in einer Schichtstruktur mit sp2-hybridisierten Bindungen innnerhalb der Ebenen
und einer van der Waals-artigen Bindung zwischen den Schichten. Das Material kann in
hoher Reinheit mit Fremdatomkonzentrationen nicht höher als im ppm Bereich erhalten
werden. Wenig ist bisher über die mikroskopische Struktur einzelner Fremdatome
bekannt. Eine Arbeit berichtet über die Erzeugung von Magnetismus mittels Protonenbestrahlung
[1].
Wir haben Eisenatome als 57Fe in sehr hoher Verdünnung (ppm Bereich) in Graphit
implantiert und an den Sonden Mössbauereffekt (ME) gemessen. Die Experimente werden
mit der In-Beam Mössbauerspektroskopie (IBMS) am ISL Beschleuniger des HMI
Berlin durchgeführt [2]. Ein 6-Linienspektrum zeigt, dass bei Temperaturen unterhalb
52 K ein statisches Magnetfeld von 32 Tesla an den Sonden vorhanden ist. Die gleichzeitig
gemessene Quadrupolaufspaltung (kombinierte Wechselwirkung) und Isomerieverschiebung
weisen auf einen interstitiellen Gitterplatz hin. Experimente wurden an
Highly Oriented Pyrolytic Graphite (HOPG) und polykristallinem Material ausgeführt,
Analysen der implantierten Schichten ergaben Frematomkonzentrationen im ppm Bereich.
Das Zeitfenster des IBMS beträgt ca. 1 Mikrosekunde. Während dieser Zeit können
sich keine Ausscheidungen bilden. Die überraschende Entdeckung des magnetischen
Verhaltens wird diskutiert, es kann dabei unterschieden werden zwischen der lokalen
Struktur gemessen über den Mössbauereffekt und der Frage, ob es sich hier um eine
langreichweitig geordnete Struktur handelt. Eine mögliche Ursache für den Magnetismus
könnten die um das Implantat entstehenden Defekte sein, die selbst magnetische
Momente tragen [3] und mit dem Fe-Atom magnetisch koppeln.
Über weitere Experimente ausgeführt am Massenseparator ISOLDE (CERN) und am
ISL Berlin an Oxyden einiger Übergangsmetalle wird berichtet.
[1] P. Esquinazi et al., Phys. Rev. Lett. 91 (2003)227201 [2] R. Sielemann and Y. Yoshida,
Hyp. Int. 68 (1991)119 [3] P.O. Lehtinen et al., Phys. Rev. Lett. 93 (2004)187202