Mit einem kleinen Trick kann ein Rastertunnelmikroskop auch magnetische Eigenschaften einer Probe ertasten - und zwar aufs Atom genau: Mit einer magnetischen Sonde.

Elektronen haben nicht nur eine elektrische Ladung, sie haben auch einen Spin. Anschaulich und stark vereinfacht ist der Elektronenspin so etwas, wie die Rotation des Teilchens um seine eigene Achse. Der Elektronenspin ist die eigentliche Ursache des Magnetismus. Bei einem Magnet zeigt der Elektronenspin vieler benachbarter Atome in die gleiche Richtung. Ist die magnetische Ausrichtung der Sondenspitze parallel oder antiparallel zur Magnetisierungsrichtung der Probe, dann fließen eine unterschiedliche Zahl von Elektronen. Der Tunnelstrom ist daher auch von den Magnetisierungsrichtung an Probe und Spitze abhängig.

Auf diese Weise können Rastertunnelmikroskope tatsächlich Atom für Atom den Magnetismus einer Probe fühlen. Besonders interessant ist die Erforschung der Grenzbereiche, an denen sich die Richtung des Magnetfeldes ändert. Diese Domänengrenzen sind in der Regel kontinuierlich und erstrecken sich über viele Atome. Mit dem Spinpolarisierten Rastertunnelmikroskop (SP-STM, engl.: spin polarised scanning tunneling microscope) konnten aber auch schon atomar scharfe magnetische Domänengrenzen gefunden werden.

Aufsehenerregende Messungen erfolgten auch an einem antiferromagnetischen Material. Bei Antiferromagneten zeigt der Elektronenspin benachbarte Atome jeweils in die entgegengesetzte Richtung. Mit einem Spinpolarisierten Rastertunnelmikroskop ist es Wissenschaftlern am Hamburger Zentrum für Mikrostrukturforschung gelungen, diese von Atom zu Atom wechselnden Spinrichtungen erstmals sichtbar zu machen.

Die magnetische Sonde eines Rastertunnelmikroskops ertastet die magnetischen Eigenschaften einzelner Atome. Universität Hamburg