Von Braunschweig nach Sapporo Neue Perspektiven auf Quantenmagnetismus
Professor Stefan Süllow vom Institut für Physik der Kondensierten Materie verbringt einen achtwöchigen Forschungsaufenthalt an der Hokkaido University in Sapporo. Möglich wird dieser Aufenthalt durch ein JSPS Invitational Fellowship der Japan Society for the Promotion of Science (JSPS). Das Invitational Fellowship zählt zu den etablierten und international sichtbaren Förderformaten der JSPS für die Zusammenarbeit mit Forschenden aus dem Ausland.
Prof. Dr. Stefan Süllow vom Institut für Physik der Kondensierten Materie. (Foto: privat)
Gastgeber des Aufenthalts ist Professor Hiroshi Amitsuka, Professor am Department of Physics der Hokkaido University. Er forscht unter anderem zu neuartigen magnetischen Eigenschaften und elektronischen Zuständen in kondensierter Materie und ist insbesondere auf dem Gebiet der experimentellen Festkörperphysik tätig.
Im Zentrum des gemeinsamen Projekts steht das Mineral Atacamit – ein natürlich vorkommendes Material, das als Modellsystem für einen frustrierten Quantenmagneten dient. Seine besondere Struktur besteht aus miteinander verbundenen Dreiecken, die eine sogenannte magnetische Sägezahnkette bilden. Weil sich die magnetischen Momente innerhalb dieser Struktur nicht gleichzeitig vollständig antiparallel ausrichten können, entstehen ungewöhnliche magnetische Zustände.
Ein natürlich gewachsener Atacamit-Kristall auf Gestein. Bildnachweis: Leonie Heinze/TU Braunschweig
An der TU Braunschweig wurde Atacamit bereits intensiv untersucht. In einer 2021 veröffentlichten Arbeit konnte das Mineral als Modellsystem einer Quantenmagnetismus-Sägezahnkette charakterisiert werden. Jüngere Untersuchungen haben zudem gezeigt, dass Atacamit bei tiefen Temperaturen einen überraschend starken magnetokalorischen Effekt aufweist: Unter hohen Magnetfeldern kann sich das Material deutlich abkühlen. Damit ist Atacamit nicht nur für die Grundlagenforschung zum Quantenmagnetismus interessant, sondern möglicherweise auch für die Entwicklung neuartiger magnetokalorischer Kühlkonzepte.
„An diese Forschung knüpft mein Aufenthalt in Sapporo unmittelbar an. Gemeinsam mit Prof. Amitsuka untersuche ich die physikalischen Eigenschaften des frustrierten Quantenmagneten Atacamit weiter und möchte dazu beitragen, die besonderen Eigenschaften dieses Materials und die zugrunde liegenden magnetischen Mechanismen besser zu verstehen. Der Aufenthalt bietet dabei die Möglichkeit, die Expertise der beiden Forschungsstandorte enger zu verbinden und neue Perspektiven auf das Material zu entwickeln“, sagt Professor Süllow.
Ein weiterer Bestandteil des Fellowships ist die wissenschaftliche Lehre. Während des Aufenthalts wird er an der Hokkaido University eine Blockvorlesung zum Thema „Frustrated Magnetism“ halten. Damit geht es bei dem Austausch nicht allein um gemeinsame Forschung, sondern ebenso darum, Wissen und Perspektiven mit Studierenden und Forschenden vor Ort zu teilen – ganz im Sinne der internationalen Zusammenarbeit, die das JSPS-Programm ausdrücklich fördern möchte.
Besonders schön ist dabei auch die Verbindung zu den bisherigen Arbeiten in Braunschweig: Die Forschung an frustrierten Materialien hat nicht nur zu viel beachteten wissenschaftlichen Ergebnissen geführt, sondern wurde auch auf Nachwuchsebene gewürdigt. Dr. Leonie Heinze, die maßgeblich an den Arbeiten zu frustrierten magnetischen Materialien beteiligt war, erhielt für ihre herausragende Dissertation den mit 10.000 Euro dotierten Heinrich-Büssing-Preis 2024.
Über die Invitational Fellowships
Die JSPS vergibt ihre Invitational Fellowships an ausgewiesene Wissenschaftler*innen aus dem Ausland, um gemeinsame Forschungsarbeiten, wissenschaftlichen Austausch und Diskussionen mit Forschenden in Japan zu ermöglichen. Das Programm steht grundsätzlich allen Fächern aus Geistes-, Sozial- und Naturwissenschaften offen. Eine Besonderheit ist, dass die Bewerbung nicht von den eingeladenen Forschenden selbst, sondern von den japanischen Gastgebern über ihre Universität oder Forschungseinrichtung eingereicht wird.
Eingang der Faculty of Science der Hokkaido University in Japan. Bildnachweis: Stefan Süllow/TU Braunschweig