Groningen (NL) – In europiumoxide hebben alle geleidingselektronen dezelfde spin. Hierdoor is de elektrische geleiding van het materiaal bijzonder gevoelig voor magneetvelden.

Elektronen hebben een spin – ze kunnen linksom (spin omhoog) of rechtsom (spin omlaag) draaien. Aan deze spin is een klein magneetveld gekoppeld. Als er netto meer elektronen een spin omhoog dan omlaag hebben, levert dat een magneetveld op. Niet-magnetische materialen hebben dus een gelijke verdeling tussen elektronen met spin omhoog en omlaag. In europiumoxide hebben alle geleidingselektronen echter dezelfde spin waardoor de buitenste baan volledig gemagnetiseerd is, concludeert Peter Steeneken van de Rijksuniversiteit Groningen in zijn proefschrift.

Steeneken richtte met de röntgenbron van de European Synchotron Radiation Facility in Grenoble röntgenstraling op de atomen. Deze straling schiet, als hij precies de goede frequentie heeft, een elektron van vlakbij de kern naar de eerste onbezette baan. Hierdoor ontstaat een vacature vlakbij de kern. Een elektron uit een hoger gelegen baan met dezelfde spin als het weggeschoten exemplaar vult deze open plaats in. Het tweede elektron uit dit hoger gelegen paar – met tegengestelde spin – schiet door de vrijgekomen energie uit het atoom. Door detectie van de spin van dit vrijgekomen elektron bepaalde Steeneken de spintoestand van het eerste elektron dat nu in de buitenste schil zit.

De gedetecteerde elektronen hadden allemaal een spin omlaag. In de buitenste schil is er dus blijkbaar alleen plaats voor elektronen met een spin omhoog. Dit verklaart de grote gevoeligheid van de elektrische geleiding van het materiaal voor magneetvelden. Zowel voor het meten van magneetvelden als voor toepassingen in het nieuwe gebied van de spintronica is de selectiviteit van het atoom voor één spin een zeer bruikbare materiaaleigenschap.

Sonja Jacobs