Heinrich-Büssing-Preis für Forschung zu frustrierten Materialien Physikerin Dr. Leonie Heinze mit 10.000 Euro dotiertem Preis ausgezeichnet

Der Braunschweigische Hochschulbund und seine Stiftung ehren Dr. Leonie Heinze mit dem Heinrich-Büssing-Preis 2024 für ihre herausragende Dissertation. In ihrer Promotion forschte sie zu sogenannten frustrierten magnetischen Materialien. Wegen ihrer besonderen Eigenschaften sind solche Materialien von großem Interesse in der Festkörperphysik und bieten auch vielversprechende Anwendungsmöglichkeiten, beispielsweise bei der anspruchsvollen Kühlung von Quantencomputern. Der Preis, der seit 28 Jahren vom Braunschweigischen Hochschulbund und seiner Stiftung verliehen wird, würdigt exzellente Nachwuchswissenschaftler*innen der TU Braunschweig.

Im Rahmen ihrer Promotion am Institut für Physik der Kondensierten Materie an der TU Braunschweig hat Dr. Leonie Heinze natürlich vorkommende frustrierte Mineralien untersucht. Wie die Frustration bei Mineralien entsteht: „So wie sich drei Personen nicht alle gleichzeitig direkt gegenübersitzen können, können sich auch drei auf einem Dreieck angeordnete Elektronenspins nicht alle gleichzeitig antiparallel zueinander ausrichten, auch wenn dies Kopplungen zwischen den Spins diktieren. Eine solche Konkurrenzsituation findet man auch in manchen magnetischen Materialien.“ Diese Frustration hat direkte Auswirkungen auf die Eigenschaften des Materials: „Das Material wird durch die konkurrierenden Kopplungen magnetisch ‚verwirrt‘, und es entstehen – besonders bei Quantenspins – neuartige und ungewöhnliche magnetische Zustände“, sagt Dr. Heinze.

Ein besonderer Fokus ihrer Arbeit lag auf dem seltenen Mineral Linarit, das wegen seiner leuchtend blauen Kristalle bei Sammler*innen sehr geschätzt ist. „Als Experimentalphysiker untersuchen wir Materialien, die als Modellsysteme für frustrierte Spin-Systeme dienen. Wir setzen sie für die Experimente extrem niedrigen Temperaturen im Kelvin- oder sogar Millikelvin-Bereich aus, also nahe dem absoluten Temperaturnullpunkt, und teilweise auch hohen Magnetfeldern“, erläutert Dr. Heinze. „Erst bei solch niedrigen Temperaturen sind viele Phänomene des Quantenmagnetismus zu beobachten.“

Die in Fachkreisen vielbeachtete Arbeit von Dr. Heinze mit dem Titel „Competing magnetic phases of frustrated quantum magnets“ weist laut der Gutachter*innen „eine außergewöhnliche Tiefe in der experimentellen Forschung sowie eine exzellente Integration theoretischer Modelle“ auf. Dr. Heinze habe damit „einen herausragenden Beitrag zur Festkörperphysik und speziell zum Quantenmagnetismus geleistet.“ Für diese wissenschaftliche Leistung wird sie nun vom Braunschweigischen Hochschulbund und seiner Stiftung mit dem Heinrich-Büssing-Preis ausgezeichnet. Der Preis ist mit 10.000 Euro dotiert. In den vergangenen Jahren wurden unter anderem Dr. Alexander Henkes (2023) und Dr. Phillip Keldenich (2022) geehrt.

Aktuell setzt Dr. Leonie Heinze ihre Forschung an frustrierten Magneten als Postdoc am Jülich Center for Neutron Science (JCNS) des Heinz Maier-Leibnitz Zentrums (MLZ) fort. „Besonders schön finde ich, wie man den Magnetismus eines Materials wie bei einem Puzzle durch viele verschiedene, sich ergänzende Experimente zunehmend besser versteht. Eine wichtige experimentelle Technik hierbei ist die Neutronenstreuung, die mir während meiner Promotion sehr ans Herz gewachsen ist“, sagt Dr. Heinze.