Physikalisches Rätsel, der Invar-Effekt, wurde aufgeklärt

Eine Nickel-Eisen-Legierung mit einem Anteil von 35 Prozent Nickel und einem kubisch flächenzentrierten Kristallgitter dehnt sich bei Erwärmung praktisch nicht aus. Diesen "Invar-Effekt", den der Schweizer Physiker Charles Guillaume 1897 entdeckte, konnte Mark van Schilfgaarde vom Sandia National Laboratory in Kalifornien jetzt zusammen mit Kollegen erklären. Das berichten die Forscher im Fachblatt "Nature. Schon lange hatten Physiker vermutet, daß der Invar-Effekt Magnetismus zusammenhängt, da alle Materialien, bei denen der Effekt festgestellt wurde, magnetisch sind. Wenn die Legierungen über die Curie-Temperatur, bei der die Magnetisierung verschwindet, erhitzt werden, dehnen sie sich wieder genau wie andere Stoffe aus. Bislang hieß es, daß es zwei verschiedene magnetische Zustände gibt, den ferromagnetischen und den antiferromagnetischen, wobei die Energie der Wärme dazu benutzt wird, Atome in den antiferromagnetischen Zustand zu versetzen, in dem das Volumen kleiner ist. Normalerweise dehnen sich Materialien deswegen aus, weil die Atome im Gitter durch die Wärme stärker vibrieren. Bei den Invar-Materialien kann das durch die Umordnung der Atome kompensiert werden, weswegen sie im Schiffbau und bei Uhrfedern breite Anwendung gefunden haben. Schilfgaarde und seine Kollegen konnten jetzt zeigen, daß der Eigendrehimpuls, der Spin, der Atome in den Legierungen nicht nur zwei verschiedene Zustände - parallel oder antiparallel zur Magnetisierung - einnehmen kann, sondern daß er auch dazu geneigt sein kann zwischen dem ferromagnetischen und dem antiferromagnetischen Zustand. Dieses Modell kann auch weitere merkwürdige Eigenschaften der Invar-Materialien auf mikroskopischer Ebene erklären, die alte Modelle nicht berücksichtigten.

Ute Kehse, Nature