Wird ein Kristall mit kurzen Wellen etwas gekitzelt, verändert er plötzlich seine Eigenschaften

Oxford (Großbritannien)/Berkeley (USA) - So verwandelte ein internationales Forscherteam einen isolierenden Kristall in einen elektrisch leitfähigen Werkstoff. Sie nutzten dazu so genannte Terahertzwellen, mit denen sie die Atome in dem Kristallgitter eines Manganits in Schwingungen versetzten. Über ihr Experiment berichten die britischen, amerikanischen und japanischen Wissenschaftler in der Zeitschrift "Nature".

"Wir konnten einen direkten Rückgang des elektrischen Widerstands um fünf Größenordnungen beobachten", schreiben Matteo Rini von Lawrence Berkeley National Laboratory und seine Kollegen von der University of Oxford und vom Correlated Electron Research Center (AIST) in Tsukuba. Für ihre Versuche wählten sie ein spezielles Manganit mit Calzium- und Praseodym-Anteilen. Hauchdünne Schnitte aus diesem Kristall mit Perovskit-Struktur wurden zur Vorbereitung der Messungen auf etwa minus 240 Grad Celsius abgekühlt. Danach schickten die Forscher auf diese Probe extrem kurze Laserpulse mit einer Frequenz von 17 Terahertz. Nach jeder Anregung stieg die Leitfähigkeit des Kristalls für einige milliardstel Sekunden um fünf Größenordnungen an. Parallel sackte das Reflexionsvermögen für Licht stark ab.

In diesem Verhalten sehen die Forscher einen kurzfristigen Wechsel von einer isolierenden in eine elektrisch leitende Phase, die typisch für ein Metall ist. Die Ursache vermuten sie in einer schnellen Umordnung der Kristallstruktur durch die gezielte resonante Anregung einer Mangan-Sauerstoff Schwingungsmode. Bemerkenswert an diesem Ergebnis ist, dass für die deutliche Änderung der elektronischen Eigenschaften keine elektronische Anregung wie bei anderen Materialien nötig ist. In weiteren Versuchen will das Team das gleiche Manganit noch genauer untersuchen und das Verhalten von Spin und Magnetisierung in Abhängigkeit von den Gitterschwingungen analysieren.