Was wäre die Informationstechnik ohne Magneten? Winzige Sandwiches, in denen sich wenige Nanometer dicke magnetische und nicht magnetische Materialien abwechseln, sind beispielsweise Stand der Technik in Festplatten. Die Bauteile basieren auf einem Phänomen, das Forscher bisher nicht genau verstanden haben: Schichtet man Nickeloxid auf Cobalt, so friert die magnetische Feldrichtung im Cobalt ein – ein höheres magnetisches Feld ist nötig, um die Schicht umzumagnetisieren. Dies bringt Theoretiker in Verlegenheit, denn der Effekt ist so stark, dass er sich nicht alleine auf die Eigenschaften des Nickeloxids zurückführen lässt. Genau hier liegt der Knackpunkt: An der Schichtgrenze treffen Cobalt und Nickeloxid aufeinander – und bilden eine dritte Schicht, wie Wissenschaftler jetzt herausfanden.

Hendrik Ohldag von der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf und seine Kollegen am Stanford Synchrotron Radiation Laboratory in Kalifornien untersuchten mit verschiedenen Röntgentechniken eine Schichtstruktur aus Nickeloxid und Cobalt. Zunächst bildeten die Forscher die magnetische Struktur des Materials ab. Dafür nutzten sie eine neue Analysenmethode, die Röntgen-Photoemissions-Elektronenmikroskopie (XPEEM). Hierbei treffen Röntgenstrahlen auf die Probe und schlagen Elektronen heraus. Diese wiederum werden von einem Elektronenmikroskop detektiert, das aus den Daten ein Bild erzeugt. Ist das Röntgenlicht zirkular beziehungsweise linear polarisiert, so erhält man ein Bild der magnetischen Struktur der Cobalt- beziehungsweise der Nickeloxid-Schicht.

Parallel zur magnetischen Struktur untersuchten Ohldag und seine Mitstreiter die chemische Zusammensetzung der Probe mittels Röntgenabsorptions-Spektroskopie. Dabei fanden sie zwischen Cobalt und Nickel eine sehr dünne dritte Schicht. Es handelt sich um ein gemischtes Oxid beider Metalle mit ungenauer Zusammensetzung. Ursache für die zusätzliche Schicht ist nach Einschätzung der Forscher eine chemische Reaktion. Ergebnis dieser Reaktion seien auch vereinzelt freigesetzte Nickelatome mit unkompensierten Spins, welche die Magnetisierung des Cobalts festhalten. Die Gruppe sieht ihre Annahme dadurch bestätigt, dass mit steigender Temperatur die Zahl unkompensierter Spins zunahm, denn chemische Reaktionen werden im Allgemeinen durch Temperaturerhöhung beschleunigt.

Unkompensierte Spins müssen nun nicht länger auf Defekte oder statistische Effekte zurückgeführt werden. Ohldag will mit seinen Experimenten Wissenschaftler ermuntern, ähnliche Materialien wie Cobalt-Nickeloxid ebenfalls "unter die Röntgen-Lupe zu nehmen".