Forscher-Grafiken illustrieren die Entdeckung (Grafik: Takahiro Tomita/U-Tokyo)

Tokio/Wako (pte014/07.12.2017/11:30) –

Ein Forscherteam um Professor Satoru Nakatsuji von der University of Tokyo http://www.u-tokyo.ac.jp/en , zu dem auch Wissenschaftler des privaten Forschungsinstituts Riken http://www.riken.jp/en gehören, hat ein antiferromagnetisches Material entdeckt, das einen
unerwartet großen thermomagnetischen Effekt aufweist, der auch
Nernst-Effekt genannt wird. Er beschreibt das physikalische Phänomen,
dass elektrische Spannung entsteht, wenn ein leitendes magnetisches
Material an einer Seite warm, an der anderen kalt ist. Normalerweise
passiert das in einem äußeren Magnetfeld. Im Fall des neuen Materials
ist das jedoch nicht nötig. Der Effekt lässt sich nutzen, um Strom etwa
mit Abfallwärme zu erzeugen.

Flotte Flitzer in dichter Materie

Die Forscher fanden heraus, dass der Nernst-Effekt bei
Mangan-Zinn rund 100 Mal größer ist, als von der Magnetisierung her zu
erwarten war. Damit steht es auf der gleichen Stufe wie die besten
Ferromagneten. Die Wissenschaftler machen Weyl-Fermionen dafür
verantwortlich. Diese Atomkern-Bauteilchen wurden erst 2015
experimentell nachgewiesen, aber bereits 1929 von dem deutschen Physiker
Hermann Weyl vorausgesagt. Weil sie keine Masse haben und selbst durch
dichteste Materie flitzen können, sind sie für elektronische Anwendungen
hochinteressant.

Auftakt für weitere Entdeckungen

"Unsere Studie zeigt, dass thermoelektrische
Anwendungen von Magneten ein großes Potenzial haben", so Nakatsuji. "Wir
glauben, dass unsere Arbeit den Weg freimacht für die Entdeckung
ähnlich potenter thermoelektrischer Materialien." Generatoren, die auf
dem Nernst-Effekt basieren, sind laut dem Forscherteam zwar nicht so
leistungsstark wie Systeme,die auf anderen physikalischen Phänomenen
beruhen. Trotzdem stoßen sie auf großes Interesse, weil ihr Aufbau
einfacher ist und sie sich leichter formen lassen, sodass der Kontakt zu
Wärmequelle inniger wird. Dies wiederum kommt der Stromproduktion
zugute.

Die Fachwelt war lange davon überzeugt, dass der
Nernst-Effekt ausschließlich von ferromagnetischem Material verursacht
werden kann, also Werkstoffen, die selbst über magnetische Eigenschaften
verfügen. Antiferromagnetisches Material ist dagegen nicht magnetisch,
obwohl in seinem Inneren zahlreiche Magnete stecken. Deren Wirkung hebt
sich jedoch auf. So wie es bei einer Legierung aus Mangan und Zinn der
Fall ist, die dennoch den Nernst-Effekt zeigt.