Wissen: Magnetit wird plötzlich zum Isolator

Magnetit, das stärkste in der Natur vorkommende magnetische Material, zeigt ein seltsames Verhalten. Das Eisenoxid mit der Formel Fe3O4 leitet elektrischen Strom, doch bei minus 150 Grad Celsius verliert es diese Eigenschaft abrupt und wird zum Isolator. Warum das so ist, darüber diskutieren Forscher seit mehr als 70 Jahren, nachdem dieser Effekt von Evert Verwey entdeckt und nach ihm benannt wurde. Im Fachblatt „Nature“ (online vorab) präsentieren Wissenschaftler um Mark Senn von der Universität Edinburgh eine Lösung für das Problem.

Mithilfe von Röntgenstrahlen untersuchten sie die Kristallstruktur und wiesen dabei eine Veränderung nach, die bei geringen Temperaturen auftritt: Gruppen von drei Eisenatomen fangen je ein Elektron ein, das dann nicht mehr zum Transport des elektrischen Stroms beitragen kann. Nach Angaben der europäischen Synchrotronquelle ESRF in Grenoble, wo die Untersuchung erfolgte, brauchten die Forscher mehr als ein Jahrzehnt, um diese Vorgänge zu entschlüsseln. „Die größte Herausforderung bestand darin, einen perfekten Kristall zu finden“, sagt der ESRF-Ingenieur Jon Wright. Das sei nur mit extrem kleinen Magentitmineralen möglich, deren Durchmesser der Hälfte eines Haares entspricht. Diese wurden dann mit besonders starker Röntgenstrahlung analysiert.nes