Eine mechanische Dehnung kann das elektrische Hall-Signal von altermagnetischem Mangantellurid (MnTe) vollständig in seiner Polarität umkehren. Zu diesem Ergebnis kommt ein Team um Pengcheng Dai von der Rice University in einer 2026 in „Physical Review X“ veröffentlichten Studie. Die Forschenden streckten das Material gezielt in eine Richtung und bündelten dadurch konkurrierende magnetische Domänen. So ließ sich der anomale Hall-Effekt klar erfassen und über die Stärke der Dehnung steuern – obwohl Mangantellurid nahezu keine Gesamtmagnetisierung aufweist. Die Beobachtung eröffnet nach Einschätzung des Teams einen möglichen Weg zu mechanisch abstimmbaren Sensoren und spintronischen Bauteilen.
- Das Team untersuchte den anomalen Hall-Effekt in hexagonalem Mangantellurid.
- Einseitige Dehnung führte konkurrierende magnetische Domänen zu einer Domäne zusammen.
- Durch veränderte Dehnung ließ sich die Polarität des Hall-Signals umkehren.
- Eine Dehnungsänderung von 1 Prozent wirkt den Berechnungen zufolge ähnlich wie eine Temperaturänderung um etwa 150 Grad.
Das Hall-Signal macht die verborgene Ordnung messbar
Im Mittelpunkt der Studie steht die Aussage, dass Mangantellurid seine Zeitumkehrsymmetrie bricht, obwohl sich die Spins der Elektronen weitgehend gegenseitig aufheben. Bei gewöhnlichen Magneten richten sich zahlreiche Spins in dieselbe Richtung aus und erzeugen dadurch eine deutliche Gesamtmagnetisierung. Altermagnete verbinden dagegen eine gebrochene Zeitumkehrsymmetrie mit einer nahezu verschwindenden Nettomagnetisierung.
Zeitumkehrsymmetrie beschreibt vereinfacht, ob die inneren physikalischen Abläufe eines Systems vorwärts und rückwärts in der Zeit gleich aussehen würden. Ihre Brechung ist für die Spintronik interessant: Diese Form der Elektronik nutzt nicht nur die elektrische Ladung, sondern auch den quantenmechanischen Spin von Elektronen als Informationsträger.
Die geringe Gesamtmagnetisierung erschwert allerdings den direkten Zugriff auf die magnetische Ordnung. Hinzu kommt, dass Mangantellurid von selbst mehrere magnetische Domänen bildet, deren Magnetisierungen in unterschiedliche Richtungen weisen. Deren überlagerte Signale verdecken die zugrunde liegende Struktur.
Der spontan auftretende anomale Hall-Effekt lieferte dem Team ein messbares Zeichen dafür, dass die Zeitumkehrsymmetrie trotz der nahezu fehlenden Gesamtmagnetisierung gebrochen ist.
Beim anomalen Hall-Effekt entsteht quer zur Richtung des Stromflusses eine Spannung. Anders als beim gewöhnlichen Hall-Effekt wird sie hier nicht durch ein äußeres Magnetfeld hervorgerufen, sondern durch die innere magnetische Struktur des Materials.
Gezieltes Strecken bündelt die magnetischen Domänen
Um das überlagerte Signal aufzulösen, dehnten die Forschenden das Mangantellurid entlang einer Richtung. Dadurch wurden die konkurrierenden Domänen zu einer einzigen zusammengeführt. Das Team konnte so nach eigenen Ergebnissen erstmals die eigentliche magnetische Struktur des Materials deutlich erfassen.
Bei der anschließenden Veränderung der Dehnungsstärke kehrte sich das Vorzeichen des Hall-Signals vollständig um. Die zugrunde liegende magnetische Ordnung blieb dabei erhalten. Nach den Berechnungen der Gruppe hat bereits eine Änderung der Dehnung um 1 Prozent einen vergleichbaren Einfluss wie eine Temperaturänderung um ungefähr 150 Grad.
Für mögliche Bauteile bedeutet das: Ein elektrisches Signal könnte über einen mechanischen Eingriff umgeschaltet werden, ohne dafür die magnetische Grundordnung neu aufbauen zu müssen.
Spintronische Anwendungen bleiben eine Perspektive
Die Ergebnisse sind noch kein Nachweis eines fertigen Bauteils. Sie zeigen jedoch einen möglichen Kontrollmechanismus für einen magnetischen Effekt, der wegen der verschiedenen Domänen bislang schwer zu isolieren war. Mechanische Dehnung könnte damit als Stellgröße für Sensoren oder spinbasierte elektronische Komponenten dienen.
Für die praktische Nutzung wäre insbesondere relevant, dass die Dehnung nach der Berechnung des Teams eine starke Temperaturänderung ersetzen könnte. Das würde nicht automatisch ein marktreifes Gerät schaffen, könnte aber die Steuerung altermagnetischer Komponenten bei üblichen Betriebstemperaturen erleichtern.
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