Von diesem starken Effekt waren sogar die Forscher überrascht: Atacamit wurde im Magnetfeld sehr viel kälter als erwartet. Es verlor fast die Hälfte seiner Ausgangstemperatur. Das Forscherteam der Technischen Universität Braunschweig und des Helmholtz-Zentrums Dresden-Rossendorf hatte zwar eine magnetokalorische Wirkung erwartet, als die Physiker um Leonie Heinze und Tommy Kotte das Experiment im Hochfeld-Magnetlabor in Dresden planten. Doch dass der Effekt so deutlich ausfallen würde, war unerwartet.
Quantenphysik erklärt kühlende Wirkung von Magnetfeldern
Das Mineral Atacamit ist nach der chilenischen Atacama-Wüste benannt, wo es zuerst entdeckt wurde. Seine grüne Farbe erhält das kristalline Material durch Kupferionen. Deren quantenphysikalische Eigenschaften sind auch der Grund für die magnetische Wirkung: Die Kupferionen besitzen jeweils ein ungepaartes Elektron, und dessen Spin bestimmt die magnetischen Eigenschaften.
„Das Besondere an Atacamit ist die Anordnung der Kupferionen“, sagt Leonie Heinze. Im Material bilden die Ionen lange Ketten aus Dreiecken, die miteinander verbunden sind. In dieser Struktur können sich die magnetischen Ionen aber nicht so anordnen, wie ihr Spin das eigentlich verlangt. „Man spricht in diesem Fall von magnetischer Frustration“, sagt Heinze. Erst bei sehr niedrigen Temperaturen von weniger als -264 Grad Celsius (9 Kelvin) können die Ionen ihre Spins statisch anordnen.