Neuartiges magnetisches Material 13.11.2025, 14:00 Uhr

Spiral-Magnet verblüfft Physik und könnte Chips verändern

Ein neues Magnetmaterial überrascht mit Spiralspins und schaltbarem Hall-Effekt – spannend für künftige Elektronik und Chipdesign.

Künstlerische Darstellung des p-Wellen-Splittings

Künstlerische Darstellung des p-Wellen-Splittings: Laufrichtungsabhängiger Spin von Elektronen (grüne/lila Pfeile) über einer magnetischen Gitterstruktur.

Foto: Dr. Jan Masell, KIT

Manchmal wirkt Physik wie ein vertrautes Gelände, das niemand mehr richtig überraschen kann. Eisen zieht an, Antiferromagneten tun nichts nach außen, Elektronen folgen bekannten Regeln. Doch genau an dieser Stelle bricht ein neuartiges Material aus der Routine aus. Forschende aus Japan und Deutschland haben einen sogenannten p-Wellen-Magneten entwickelt, dessen Elektronen eine Spiralordnung einnehmen – und damit elektrischen Strom auf ungewohnte Weise ablenken. Die Ergebnisse erschienen in Nature.

Technisch versierte Leserinnen und Leser kennen das Grundprinzip: In ferromagnetischen Materialien zeigen Spins in eine gemeinsame Richtung. In Antiferromagneten heben sich die Spins hingegen gegenseitig auf. Der neue p-Wellen-Magnet spielt nicht nach diesem Schema. Hier rotiert die Magnetisierung im Abstand weniger Atome – und zwar komplett einmal im Kreis.

Eine Spirale aus Spins

Dr. Jan Masell vom Karlsruher Institut für Technologie (KIT) fasst diese ungewöhnliche Struktur folgendermaßen zusammen: „Die Magnetisierung rotiert auf einer Länge von nur sechs atomaren Gitterplätzen einmal um 360 Grad, wobei Nachbarn fast genau 60 Grad Differenz haben.“ Das bedeutet: Die Spins bilden keine lineare Ordnung, sondern eine sich drehende Struktur, ähnlich einer Schraube im Material. Dieser Aufbau entsteht in einer Verbindung aus mehreren Metallen.

Warum ist das spannend? Masell erklärt weiter: „Zusätzlich weist unser Material eine ganz kleine messbare Magnetisierung auf, also ein kleines bisschen Ferromagnetismus – die Spirale ist also nicht perfekt.“ Gerade diese winzige Unordnung sorgt für ein Verhalten, das Fachleute sonst nur unter starken Magnetfeldern kennen.

Top Stellenangebote

Zur Jobbörse
Immobilien Management Essen GmbH (IME)-Firmenlogo
Referent interne Revision (m/w/d) - Fokus Daten, Prozesse & Technik Immobilien Management Essen GmbH (IME)
TenneT TSO-Firmenlogo
Betriebsingenieur Offshore (m/w/d) TenneT TSO
Hannover Zum Job 
Hochschule für Musik und Darstellende Kunst Frankfurt am Main-Firmenlogo
Ingenieur*in Energie, Klimaschutz und Transformation (w/m/d) Hochschule für Musik und Darstellende Kunst Frankfurt am Main
Frankfurt Zum Job 
ista SE-Firmenlogo
Projektingenieur - Technische Gebäudeausrüstung und Energiedienstleistungen (m/w/d) ista SE
Region Hamburg, Berlin oder Düsseldorf / Köln (West) Zum Job 
Schleifring GmbH-Firmenlogo
Prozessingenieur (m/w/d) Schleifring GmbH
Fürstenfeldbruck Zum Job 
HYDAC Group-Firmenlogo
Qualitätsingenieur Luft- und Raumfahrt (w/m/d) HYDAC Group
Sulzbach/Saar Zum Job 
GOLDBECK SOLAR GmbH-Firmenlogo
Bauleiter (m/w/d) PV-Dachanlagen GOLDBECK SOLAR GmbH
deutschlandweit Zum Job 
Schleifring GmbH-Firmenlogo
Vertriebsingenieur Maschinenbau & Elektrotechnik (m/w/d) Schleifring GmbH
Fürstenfeldbruck Zum Job 
Landesbetrieb Straßenbau und Verkehr Schleswig-Holstein-Firmenlogo
Bauingenieurin / Bauingenieur (w/m/d) für den konstruktiven Ingenieurbau im Geschäftsbereich 3 "Erhaltung, Kompetenzzentrum Brücken" Landesbetrieb Straßenbau und Verkehr Schleswig-Holstein
Rendsburg, Lübeck, Kiel, Itzehoe, Flensburg Zum Job 
BEC GmbH-Firmenlogo
Projektmanager Automatisierung und Sondermaschinenbau (Mensch) BEC GmbH
Pfullingen Zum Job 
Stadtwerke Leipzig GmbH-Firmenlogo
Ingenieur (m/w/d) Elektrotechnik Stadtwerke Leipzig GmbH
Leipzig Zum Job 
TenneT TSO GmbH-Firmenlogo
Lead Asset Management & Engineering (m/w/d) TenneT TSO GmbH
Lehrte, Bayreuth Zum Job 
Die Autobahn GmbH des Bundes-Firmenlogo
Bauingenieur für Straßenplanung / Verkehrsplanung (w/m/d) Die Autobahn GmbH des Bundes
Hochschule Merseburg-Firmenlogo
Professur (W2): Automatisierungstechnik Hochschule Merseburg
Merseburg Zum Job 
High-Tech Park Sachsen-Anhalt GmbH-Firmenlogo
Ingenieure (m/w/d) Bauingenieurwesen / Bauliche Projektentwicklung / Straßenbau / Infrastruktur / Stadt- und Regionalplanung / Verkehrswesen High-Tech Park Sachsen-Anhalt GmbH
Magdeburg Zum Job 
BERICAP GmbH & Co. KG-Firmenlogo
Automation & Process Innovation Engineer (m/w/d) BERICAP GmbH & Co. KG
Budenheim Zum Job 
Landesbetrieb Straßenbau und Verkehr Schleswig-Holstein-Firmenlogo
Bauingenieurin / Bauingenieur (w/m/d) für den konstruktiven Ingenieurbau Landesbetrieb Straßenbau und Verkehr Schleswig-Holstein
Rendsburg, Lübeck, Kiel, Itzehoe, Flensburg Zum Job 
Die Autobahn GmbH des Bundes-Firmenlogo
Abteilungsleitung (w/m/d) Konstruktiver Ingenieurbau, Lärmschutzbauwerke Die Autobahn GmbH des Bundes
Nürnberg Zum Job 
TUTOGEN Medical GmbH-Firmenlogo
Leitung Qualitätsmanagement international / Sachkundige Person (m/w/d) TUTOGEN Medical GmbH
Neunkirchen am Brand Zum Job 
Die Autobahn GmbH des Bundes-Firmenlogo
Bauingenieur für Streckenplanung (w/m/d) Die Autobahn GmbH des Bundes

Ein Hall-Effekt ohne äußeres Feld

Normalerweise benötigen Sie für den anomalen Hall-Effekt ein ausgeprägtes Magnetfeld, damit Elektronen seitlich abknicken. Hier geschieht das allein durch die innere Spiralstruktur. Die Elektronen laufen nicht mehr geradlinig durch das Material, sondern werden seitlich abgelenkt – als hätte jemand im Material winzige Leitplanken versteckt.

Masell beschreibt zudem, dass sich die Spiralstruktur manipulieren lässt: „Wir konnten außerdem zeigen, dass sich die Spiralanordnung in der Magnetisierung drehen lässt – der Effekt des p-Wellen-Magneten ist also schaltbar.“

Das ist technologisch relevant, weil sich der elektrische Widerstand dabei messbar verändert. Ein Material, dessen Stromfluss sich allein über innere Magnetstruktur beeinflussen lässt, öffnet neue Wege für Schaltelemente.

Was das für die Technik bedeutet

Der p-Wellen-Magnet ist kein fertiges Produkt für die Chipindustrie. Aber er deutet an, dass komplexe Spinstrukturen mehr leisten können als bisher angenommen. Sie bieten Ansätze für kleine, energiearme Schalter. Sie könnten gleiche Funktionen übernehmen wie klassische magnetische Bauteile – nur kompakter, schneller und ohne starke externe Magnetfelder.

Gleichzeitig dient das Material als Laborwerkzeug: Forschende können damit untersuchen, wie Elektronen reagieren, wenn Magnetismus und elektrischer Transport eng miteinander verwoben sind. Besonders spannend wird das, wenn Sie an Supraleiter oder Spintronik denken, die schon heute als Alternativen zu klassischen Siliziumtechnologien diskutiert werden.

Hier geht es zur Originalpublikation

Ein Beitrag von:

  • Dominik Hochwarth

    Redakteur beim VDI Verlag. Nach dem Studium absolvierte er eine Ausbildung zum Online-Redakteur, es folgten ein Volontariat und jeweils 10 Jahre als Webtexter für eine Internetagentur und einen Onlineshop. Seit September 2022 schreibt er für ingenieur.de.

Themen im Artikel

Zu unseren Newslettern anmelden

Das Wichtigste immer im Blick: Mit unseren beiden Newslettern verpassen Sie keine News mehr aus der schönen neuen Technikwelt und erhalten Karrieretipps rund um Jobsuche & Bewerbung. Sie begeistert ein Thema mehr als das andere? Dann wählen Sie einfach Ihren kostenfreien Favoriten.