Magnetische Nanoplättchen, die in Flüssigkristall schwimmen

Flüssiger Magnet

Skurrile Figuren lassen sich mit Flüssigkeiten erzeugen, die von Magneten angezogen werden. Slowenische Wissenschaftler sind nun einen großen Schritt weiter und entwickelten erstmals einen flüssigen Magneten. Das Besondere daran: Auch ohne äußeres Magnetfeld bleibt die Flüssigkeit aus Nanoteilchen und Flüssigkristallen magnetisch. Physiker bezeichnen diese Eigenschaft auch als Ferromagnetismus. Dieses Phänomen wurde für Flüssigkeiten vor vier Jahrzehnten vorhergesagt, aber jetzt erst verwirklicht. Wie die Forscher in der Fachzeitschrift „Nature“ berichten, könnten diese flüssigen Magnete zu einer neuen Klasse von Displays und Modulen führen, die nicht elektrisch, sondern magnetisch kontrolliert werden.

Regelmäßige Anordnung von magnetischen Nanoplättchen, die als waagerechte Striche mit Pfeil nach oben dargestellt werden. Sie sind alle senkrecht zu den Magnetfeldlinien ausgerichtet, die ein charakteristisches Muster aus Linien und Schleifen bilden. Die Pfeile der Nanoplättchen verlaufen dabei parallel zu zur Richtung der Magnetfeldlinien. Im Hintergrund zeigen von oben nach unten verlaufende Linien die Orientierung der Moleküle im Flüssigkristallmaterial an.
Ausrichtung der Nanoplättchen im Magnetfeld

„Wir erschufen erstmals einen Flüssigkristall, der sehr empfindlich auf kleine Magnetfelder reagiert“, sagt Alenka Mertelj vom Jožef Stefan Institute in Ljubljana. Zusammen mit ihren Kollegen verteilte sie zahlreiche Nanoplättchen aus der eisenhaltigen Verbindung Bariumhexaferrit in einem organischen Lösungsmittel. Dieses verhinderte, dass die winzigen Plättchen zusammenklebten. Die Suspension vermischten die Forscher daraufhin mit einem handelsüblichen Flüssigkristallmaterial, wie es auch in geringen Mengen in flachen Bildschirmen genutzt wird. Wirkte nun ein Magnetfeld auf diese Mischung, ordneten sich die Nanoplättchen streng symmetrisch entlang der magnetischen Feldlinien aus. Doch auch ohne Magnetfeld blieb diese Ordnung erhalten, so dass die gesamte Flüssigkeit magnetisch war.

Mit diesem Grundlagenexperiment bestätigte die slowenische Arbeitsgruppe nicht nur die Machbarkeit magnetischer Flüssigkeiten, die der französische Physik-Nobelpreisträger Pierre-Gilles de Gennes und seine Kollegin Françoise Brochard-Wyart 1970 theoretisch vorhergesagt hatten. Durch die Kombination mit Flüssigkristallen steht nun ein neuartiger Werkstoff zur Verfügung, um die Lichtdurchlässigkeit von Displays mit winzigen magnetischen Magnetfeldern steuern zu können. Mertelj und Kollegen können sich aber nicht nur eine Anwendung in Bildschirmen, sondern auch in bisher nicht möglichen magneto-optischen Modulen vorstellen. Sie rechnen damit, dass viele Wissenschaftler nun weitere Versuche mit diesen komplexen magnetischen Flüssigkeiten durchführen werden. Aber erst mit der Entwicklung erster Prototypen wird sich zeigen, welche Vorteile flüssige Magnete gegenüber den vorwiegend elektrisch gesteuerten Flüssigkristallen haben werden.