NWO-I

NWO - Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek - print-logo

URL voor deze pagina :
https://www.nwo-i.nl/fom-historie/jaarverslagen/hoogtepunten/hoogtepunten2013/oorsprong-van-de-90k-anomalie-in-nimnsb-nr-88/

Geprint op :
11 december 2018
16:25:53

NiMnSb, een legering van nikkel (Ni), mangaan (Mn) en antimoon (Sb), is een halfmetaal. Een halfmetaal werkt als een gewone geleider voor elektronen met spins in een bepaalde richting. Voor elektronen met de tegengestelde spinrichting heeft het halfmetaal de eigenschappen van een halfgeleider.

Vreemde eigenschappen
Een opmerkelijke eigenschap van de NiMnSb-legering is dat de magnetisatie niet zoals gewoonlijk maximaal is bij de laagste temperatuur, maar bij omstreeks 90 kelvin (-183°C). Boven die temperatuur verdwijnen de halfmetallische eigenschappen: beide spinrichtingen dragen dan bij aan de geleiding.

Natuurkundigen hebben veel mechanismes voorgesteld om deze vreemde eigenschap te verklaren, zoals atomaire wanorde waarbij mangaan- en nikkelatomen verwisseld zijn. Echter, berekeningen tonen aan dat dergelijke defecten de half-metallische eigenschappen niet beïnvloeden. Een andere verklaring, gebaseerd op sterke interacties tussen elektronen (correlatie), klopt ook niet. Uit experimenten volgt dat de sterkte van deze interacties te klein is om het verschijnsel te verklaren.

Nieuwe samples
Recent is binnen dit programma een samenwerking met de universiteit van Toyama in Japan geïnitieerd. In Japan zijn samples van de de NiMnSb-legering gesynthetiseerd bij een constant volume, in plaats van bij een constante druk. Daardoor is de materiaalsamenstelling veel beter te controleren. De samples die in Japan zijn gemaakt vertonen geen anomalie. De NiMnSb-legering blijft een half-metaal, ook boven 90 kelvin, tenzij de onderzoekers bewust een overmaat van vijf procent mangaan aan het materiaal toevoegen.

Uit berekeningen van de programmaonderzoekers bleek dat dit extra beetje mangaan lege posities tussen de atomen bezet, en antiferromagnetisch koppelt met het 'normale' mangaan. Het antiferromagnetische effect vermindert het magnetisme van het materiaal. De koppeling is echter zwak, en gaat al bij een temperatuur van 90 kelvin verloren. Dat verklaart het maximum in de magnetisatie bij die temperatuur. Bij nog hogere temperaturen verliest het mangaan op het atoomrooster zijn ordening, waardoor de magnetisatie juist weer afneemt.

Met deze vondst wist het onderzoeksteam een controverse die natuurkundigen meer dan een kwart eeuw bezighield te beëindigen. De onderzoekers werkten samen met wetenschappers van de universiteit van Toyama (Japan) voor sample-bereiding en het Groningse onderzoeksteam van Jacob Baas, ing. en prof.dr. Thom Palstra voor metingen en discussies.