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<!DOCTYPE html>

<title>Helimagnetismus</title>

</head>

<h1 id="firstHeading" class="firstHeading mw-first-heading">Helimagnetismus</h1>

</header>

</div>

Helimagnetismus ist eine Form der <a href="Magnetische_Ordnung" title="Magnetische Ordnung">magnetischen Ordnung</a> in Materialien, in der die <a href="Spin" title="Spin">Spins</a> benachbarter <a href="Magnetisches_Dipolmoment#Intrinsisches_magnetisches_Moment_von_Teilchen" title="Magnetisches Dipolmoment">magnetischer Momente</a> sich in einem Spiral- oder helikalen Muster anordnen, wobei der Drehwinkel zwischen zwei Momenten zwischen 0° und 180° liegt.<a href="#cite_note-:1-1">[1]</a> Er resultiert aus der Konkurrenz zwischen <a href="Ferromagnetismus" title="Ferromagnetismus">ferromagnetischen</a> und <a href="Antiferromagnetismus" title="Antiferromagnetismus">antiferromagnetischen</a> <a href="Austauschwechselwirkung#Austauschenergie_und_magnetische_Ordnung" title="Austauschwechselwirkung">Austauschwechselwirkungen</a>.<a href="#cite_note-:1-1">[1]</a> Ferro- und Antiferromagnetismus können als helimagnetische Strukturen mit den Verdrehungswinkeln 0° und 180° gesehen werden.<a href="#cite_note-2">[2]</a> Helimagnetische Strukturen brechen die räumliche <a href="Punktsymmetrie" title="Punktsymmetrie">Inversionssymmetrie</a>, da sie entweder <a href="Chiralit%C3%A4t_(Mathematik)" title="Chiralität (Mathematik)">rechts- oder linkshändig</a> sind.<a href="#cite_note-3">[3]</a>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Beschreibung">Beschreibung</h2></div>

Streng genommen besitzen Helimagnete kein permanentes magnetisches Moment und werden deshalb auch als (komplizierte) Antiferromagnete klassifiziert. Dies grenzt sie ab von den konischen/zykloidalen Magneten (wie zum Beispiel <a href="Holmium" title="Holmium">Holmium</a> unter 20 K<a href="#cite_note-4">[4]</a>), welche neben der spiralen Modulation auch ein permanentes magnetisches Moment aufweisen.<a href="#cite_note-:2-5">[5]</a> Helimagnete können darüber charakterisiert werden, wie lange ihre Spirale für eine komplette Umdrehung braucht. Wenn die Periode der Spirale ein <a href="Rationale_Zahl" title="Rationale Zahl">rationales</a> Vielfaches der <a href="Elementarzelle" title="Elementarzelle">Elementarzelle</a> des Kristalls ist, ist die Struktur eine <a href="%C3%9Cberstruktur" title="Überstruktur">kommensurable Überstruktur</a>.<a href="#cite_note-:2-5">[5]</a> Dies ist der Fall bei der ursprünglich für <a href="Mangan(IV)-oxid" title="Mangan(IV)-oxid">Mangandioxid</a> (MnO2) vorgeschlagenen Struktur.<a href="#cite_note-6">[6]</a> Ist die Kommensurabilität nicht vorhanden und die Periodizitäten von Kristall und Magnetismus <a href="Irrationale_Zahl" title="Irrationale Zahl">irrationale</a> Vielfache voneinander, so ist der Magnetismus inkommensurabel<a href="#cite_note-:2-5">[5]</a>, was den neueren Erkenntnissen für die MnO2-Struktur entspricht.<a href="#cite_note-7">[7]</a>

Helimagnetismus wurde zuerst 1959 als Erklärung für die <a href="Magnetische_Struktur" title="Magnetische Struktur">magnetische Struktur</a> von <a href="Mangandioxid" class="mw-redirect" title="Mangandioxid">Mangandioxid</a> vorgeschlagen.<a href="#cite_note-8">[8]</a> Ursprünglich wurde die Struktur mit <a href="Neutronenstreuung" title="Neutronenstreuung">Neutronenstreuung</a> gemessen, kann inzwischen aber auch direkter mithilfe von Lorentzmikroskopie (einer Form der <a href="Transmissionselektronenmikroskop" title="Transmissionselektronenmikroskop">Transmissionselektronenmikroskopie</a>) beobachtet werden.<a href="#cite_note-9">[9]</a> Es wird berichtet, dass einige helimagnetische Strukturen auch noch bei Raumtemperatur stabil sein könnten.<a href="#cite_note-10">[10]</a> Genauso wie Ferromagneten <a href="Magnetische_Dom%C3%A4ne" class="mw-redirect" title="Magnetische Domäne">Domänenwände</a> haben, treten in Helimagneten eine eigene Klasse von Domänenwänden auf, die durch topologische Ladungen charakterisiert sind.<a href="#cite_note-11">[11]</a>

Viele Helimagnete besitzen eine chirale kubische Struktur, so wie der <a href="Strukturtyp" title="Strukturtyp">Strukturtyp</a> <a href="Eisensilicid" title="Eisensilicid">FeSi</a> (B20).<a href="#cite_note-:3-12">[12]</a><a href="#cite_note-:4-13">[13]</a> In diesen Materialien führt die Kombination aus ferromagnetischer Austauschwechselwirkung und antisymmetrischem Austausch (Dzialoshinskii-Moriya)<a href="#cite_note-:4-13">[13]</a> zu Helices mit relativ langer Periode.<a href="#cite_note-:3-12">[12]</a> Weil die Kristallstruktur sogar im <a href="Paramagnetismus" title="Paramagnetismus">paramagnetischen</a> Zustand nicht inversionssymmetrisch<a href="#cite_note-:4-13">[13]</a> ist, bricht der magnetische <a href="Phasen%C3%BCbergang" title="Phasenübergang">Phasenübergang</a> auch nicht die Inversionssymmetrie und die <a href="Chiralit%C3%A4t_(Mathematik)" title="Chiralität (Mathematik)">Händigkeit</a> der Spirale ist in der Kristallstruktur geschützt.

Alternative Ursachen für Helimagnetismus in anderen Materialien sind <a href="Geometrische_Frustration" title="Geometrische Frustration">magnetische Frustration</a> oder die <a href="RKKY-Wechselwirkung" title="RKKY-Wechselwirkung">RKKY-Wechselwirkung</a>.<a href="#cite_note-:1-1">[1]</a> Dies resultiert darin, dass punktsymmetrische Strukturen wie Verbindungen des Strukturtyps <a href="Manganphosphid" title="Manganphosphid">MnP</a> (B31) <a href="Doppelhelix" title="Doppelhelix">Doppelhelixstrukturen</a> aufweisen können, bei denen sowohl rechts- als auch linkshändige Spiralen koexistieren.<a href="#cite_note-:0-14">[14]</a> In diesen <a href="Itineranter_Magnetismus" class="mw-redirect" title="Itineranter Magnetismus">itineranten</a> Helimagneten kann die Richtung der Helizität durch angewandte elektrische Ströme und Magnetfelder gesteuert werden.<a href="#cite_note-15">[15]</a>

<caption>Einige helimagnetische Materialien

</caption>

<th>Material

</th>

<th>Temperaturbereich

</th>

<th>Raumgruppe

</th></tr>

<tr>

</td>

<td>< 93 K

</td>

<td><a href="Raumgruppe" title="Raumgruppe">Raumgruppe</a> P42/mnm (Raumgruppen-Nr. 136)Vorlage:Raumgruppe/136

</td></tr>

<tr>

</td>

<td>< 278 K

</td>

<td><a href="Raumgruppe" title="Raumgruppe">Raumgruppe</a> P213 (Raumgruppen-Nr. 198)Vorlage:Raumgruppe/198

</td></tr>

<tr>

</td>

<td>< 170 K

</td>

</td></tr>

<tr>

</td>

<td>< 29 K

</td>

</td></tr>

<tr>

<td>FexCo1−xSi (0,3 ≤ x ≤ 0,85)<a href="#cite_note-21">[21]</a><a href="#cite_note-22">[22]</a>

</td>

<td>

</td>

</td></tr>

<tr>

</td>

<td>< 58 K

</td>

</td></tr>

<tr>

</td>

<td>< 120 K

</td>

<td><a href="Raumgruppe" title="Raumgruppe">Raumgruppe</a> Pnma (Raumgruppen-Nr. 62)Vorlage:Raumgruppe/62

</td></tr>

<tr>

</td>

<td>< 77 K

</td>

</td></tr>

<tr>

</td>

<td>< 50 K

</td>

</td></tr>

<tr>

</td>

<td>< 261 K

</td>

</td></tr>

<tr>

</td>

<td>< 17 K

</td>

<td><a href="Raumgruppe" title="Raumgruppe">Raumgruppe</a> Cmc21 (Raumgruppen-Nr. 36)Vorlage:Raumgruppe/36

</td></tr>

<tr>

</td>

<td>< 9 K

</td>

<td><a href="Raumgruppe" title="Raumgruppe">Raumgruppe</a> R3 (Raumgruppen-Nr. 148)Vorlage:Raumgruppe/148

</td></tr>

<tr>

</td>

<td>< 22 K

</td>

<td><a href="Raumgruppe" title="Raumgruppe">Raumgruppe</a> R3m (Raumgruppen-Nr. 166)Vorlage:Raumgruppe/166

</td></tr>

<tr>

</td>

<td>< 75 K

</td>

</td></tr>

<tr>

</td>

<td>< 127 K

</td>

<td><a href="Raumgruppe" title="Raumgruppe">Raumgruppe</a> P6322 (Raumgruppen-Nr. 182)Vorlage:Raumgruppe/182

</td></tr>

<tr>

</td>

<td>219–231 K

</td>

<td><a href="Raumgruppe" title="Raumgruppe">Raumgruppe</a> P63/mmc (Raumgruppen-Nr. 194)Vorlage:Raumgruppe/194

</td></tr>

<tr>

</td>

<td>85–179 K

</td>

</td></tr>

<tr>

</td>

<td>20–132 K

</td>

</td></tr></tbody></table>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Einzelnachweise">Einzelnachweise</h2></div>

<li id="cite_note-:1-1">↑ <a href="#cite_ref-:1_1-0">a</a> <a href="#cite_ref-:1_1-1">b</a> <a href="#cite_ref-:1_1-2">c</a> Stephen Blundell: <cite class="lang" lang="en" dir="auto" style="font-style:italic">Magnetism in condensed matter</cite> (= <cite class="lang" lang="en" dir="auto" style="font-style:italic">Oxford master series in condensed matter physics</cite>). Oxford University Press, Oxford New York 2001, ISBN 0-585-48360-4, S. 99 f. (englisch).<span class="Z3988" title="ctx_ver=Z39.88-2004&rft_val_fmt=info%3Aofi%2Ffmt%3Akev%3Amtx%3Abook&rfr_id=info:sid/de.wikipedia.org:Helimagnetismus&rft.au=Stephen+Blundell&rft.btitle=Magnetism+in+condensed+matter&rft.date=2001&rft.genre=book&rft.isbn=0585483604&rft.pages=99+f.&rft.place=Oxford+New+York&rft.pub=Oxford+University+Press&rft.series=Oxford+master+series+in+condensed+matter+physics" style="display:none">

</li>

<li id="cite_note-2"><a href="#cite_ref-2">↑</a> Ralph Skomski: <cite style="font-style:italic">Magnetic Exchange Interactions</cite>. In: <cite style="font-style:italic">Handbook of Magnetism and Magnetic Materials</cite>. Springer International Publishing, Cham 2020, ISBN 978-3-03063101-7, Exchange and Spin Structure: Magnetic Order and Noncollinearity, S. 87, <a href="Digital_Object_Identifier" title="Digital Object Identifier">doi</a>:<a rel="nofollow" class="external text" href="https://doi.org/10.1007/978-3-030-63101-7_2-1">10.1007/978-3-030-63101-7_2-1</a> (<a rel="nofollow" class="external text" href="https://link.springer.com/referenceworkentry/10.1007/978-3-030-63101-7_2-1">springer.com</a> [abgerufen am 1. Januar 2025]).<span class="Z3988" title="ctx_ver=Z39.88-2004&rft_val_fmt=info%3Aofi%2Ffmt%3Akev%3Amtx%3Abook&rfr_id=info:sid/de.wikipedia.org:Helimagnetismus&rft.atitle=Magnetic+Exchange+Interactions&rft.au=Ralph+Skomski&rft.btitle=Handbook+of+Magnetism+and+Magnetic+Materials&rft.date=2020&rft.doi=10.1007%2F978-3-030-63101-7_2-1&rft.genre=book&rft.isbn=9783030631017&rft.pages=87&rft.place=Cham&rft.pub=Springer+International+Publishing" style="display:none">

</li>

<li id="cite_note-3"><a href="#cite_ref-3">↑</a> Jun-ichiro Kishine, A. S. Ovchinnikov: <cite style="font-style:italic">Theory of Monoaxial Chiral Helimagnet</cite>. In: <cite style="font-style:italic">Solid State Physics</cite>. Band 66. Academic Press, 1. Januar 2015, 1. Introduction, S. 2–6, <a href="Digital_Object_Identifier" title="Digital Object Identifier">doi</a>:<a rel="nofollow" class="external text" href="https://doi.org/10.1016/bs.ssp.2015.05.001">10.1016/bs.ssp.2015.05.001</a> (<a rel="nofollow" class="external text" href="https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0081194715000041">elsevier.com</a> [abgerufen am 1. Januar 2025]).<span class="Z3988" title="ctx_ver=Z39.88-2004&rft_val_fmt=info%3Aofi%2Ffmt%3Akev%3Amtx%3Abook&rfr_id=info:sid/de.wikipedia.org:Helimagnetismus&rft.atitle=Theory+of+Monoaxial+Chiral+Helimagnet&rft.au=Jun-ichiro+Kishine%2C+A.+S.+Ovchinnikov&rft.btitle=Solid+State+Physics&rft.date=2015-01-01&rft.doi=10.1016%2Fbs.ssp.2015.05.001&rft.genre=book&rft.pages=2-6&rft.pub=Academic+Press&rft.volume=66" style="display:none">

</li>

<li id="cite_note-4"><a href="#cite_ref-4">↑</a> Christopher S. Perreault, Yogesh K. Vohra, Antonio M. dos Santos, Jamie J. Molaison: <cite style="font-style:italic">Neutron diffraction study of magnetic ordering in high pressure phases of rare earth metal holmium</cite>. In: <cite style="font-style:italic">Journal of Magnetism and Magnetic Materials</cite>. Band 507, August 2020, S. 166843, <a href="Digital_Object_Identifier" title="Digital Object Identifier">doi</a>:<a rel="nofollow" class="external text" href="https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2020.166843">10.1016/j.jmmm.2020.166843</a>.<span class="Z3988" title="ctx_ver=Z39.88-2004&rft_val_fmt=info%3Aofi%2Ffmt%3Akev%3Amtx%3Abook&rfr_id=info:sid/de.wikipedia.org:Helimagnetismus&rft.atitle=Neutron+diffraction+study+of+magnetic+ordering+in+high+pressure+phases+of+rare+earth+metal+holmium&rft.au=Christopher+S.+Perreault%2C+Yogesh+K.+Vohra%2C+Antonio+M.+dos+Santos%2C+...&rft.btitle=Journal+of+Magnetism+and+Magnetic+Materials&rft.date=2020-08&rft.doi=10.1016%2Fj.jmmm.2020.166843&rft.genre=book&rft.pages=166843&rft.volume=507" style="display:none">

</li>

<li id="cite_note-:2-5">↑ <a href="#cite_ref-:2_5-0">a</a> <a href="#cite_ref-:2_5-1">b</a> <a href="#cite_ref-:2_5-2">c</a> J. M. D. Coey: <cite style="font-style:italic">Magnetism and magnetic materials</cite>. 1. Auflage. Cambridge University Press, Cambridge 2010, ISBN 978-0-521-81614-4, 6.3.3 Helimagnets, S. 207 f. (<a rel="nofollow" class="external text" href="https://www.worldcat.org/title/437083083">worldcat.org</a> [abgerufen am 1. Januar 2025]).<span class="Z3988" title="ctx_ver=Z39.88-2004&rft_val_fmt=info%3Aofi%2Ffmt%3Akev%3Amtx%3Abookitem&rfr_id=info:sid/de.wikipedia.org:Helimagnetismus&rft.atitle=6.3.3+Helimagnets&rft.au=J.+M.+D.+Coey&rft.btitle=Magnetism+and+magnetic+materials&rft.date=2010&rft.edition=1.&rft.genre=bookitem&rft.isbn=9780521816144&rft.pages=207+f.&rft.place=Cambridge&rft.pub=Cambridge+University+Press" style="display:none">

</li>

<li id="cite_note-6"><a href="#cite_ref-6">↑</a> Akio Yoshimori: <cite class="lang" lang="en" dir="auto" style="font-style:italic">A New Type of Antiferromagnetic Structure in the Rutile Type Crystal</cite>. In: <cite class="lang" lang="en" dir="auto" style="font-style:italic">Journal of the Physical Society of Japan</cite>. Band 14, Nr. 6, 15. Juni 1959, S. 807–821, <a href="Digital_Object_Identifier" title="Digital Object Identifier">doi</a>:<a rel="nofollow" class="external text" href="https://doi.org/10.1143/JPSJ.14.807">10.1143/JPSJ.14.807</a> (englisch).<span class="Z3988" title="ctx_ver=Z39.88-2004&rft_val_fmt=info%3Aofi%2Ffmt%3Akev%3Amtx%3Ajournal&rfr_id=info:sid/de.wikipedia.org:Helimagnetismus&rft.atitle=A+New+Type+of+Antiferromagnetic+Structure+in+the+Rutile+Type+Crystal&rft.au=Akio+Yoshimori&rft.date=1959-06-15&rft.doi=10.1143%2FJPSJ.14.807&rft.genre=journal&rft.issue=6&rft.jtitle=Journal+of+the+Physical+Society+of+Japan&rft.pages=807-821&rft.volume=14" style="display:none">

</li>

<li id="cite_note-7"><a href="#cite_ref-7">↑</a> M. Regulski: <cite class="lang" lang="en" dir="auto" style="font-style:italic">Incommensurate magnetic structure of β−MnO2</cite>. In: <cite class="lang" lang="en" dir="auto" style="font-style:italic">Physical Review B</cite>. Band 68, Nr. 17, 2003, <a href="Digital_Object_Identifier" title="Digital Object Identifier">doi</a>:<a rel="nofollow" class="external text" href="https://doi.org/10.1103/PhysRevB.68.172401">10.1103/PhysRevB.68.172401</a> (englisch).<span class="Z3988" title="ctx_ver=Z39.88-2004&rft_val_fmt=info%3Aofi%2Ffmt%3Akev%3Amtx%3Ajournal&rfr_id=info:sid/de.wikipedia.org:Helimagnetismus&rft.atitle=Incommensurate+magnetic+structure+of+%CE%B2%E2%88%92MnO2&rft.au=M.+Regulski&rft.date=2003&rft.doi=10.1103%2FPhysRevB.68.172401&rft.genre=journal&rft.issue=17&rft.jtitle=Physical+Review+B&rft.volume=68" style="display:none">

</li>

<li id="cite_note-8"><a href="#cite_ref-8">↑</a> Akio Yoshimori: <cite class="lang" lang="en" dir="auto" style="font-style:italic">A New Type of Antiferromagnetic Structure in the Rutile Type Crystal</cite>. In: <cite class="lang" lang="en" dir="auto" style="font-style:italic">Journal of the Physical Society of Japan</cite>. Band 14, Nr. 6, 15. Juni 1959, S. 807–821, <a href="Digital_Object_Identifier" title="Digital Object Identifier">doi</a>:<a rel="nofollow" class="external text" href="https://doi.org/10.1143/JPSJ.14.807">10.1143/JPSJ.14.807</a> (englisch).<span class="Z3988" title="ctx_ver=Z39.88-2004&rft_val_fmt=info%3Aofi%2Ffmt%3Akev%3Amtx%3Ajournal&rfr_id=info:sid/de.wikipedia.org:Helimagnetismus&rft.atitle=A+New+Type+of+Antiferromagnetic+Structure+in+the+Rutile+Type+Crystal&rft.au=Akio+Yoshimori&rft.date=1959-06-15&rft.doi=10.1143%2FJPSJ.14.807&rft.genre=journal&rft.issue=6&rft.jtitle=Journal+of+the+Physical+Society+of+Japan&rft.pages=807-821&rft.volume=14" style="display:none">

</li>

<li id="cite_note-9"><a href="#cite_ref-9">↑</a> Masaya Uchida, Yoshinori Onose, Yoshio Matsui, Yoshinori Tokura: <cite style="font-style:italic">Real-Space Observation of Helical Spin Order</cite>. In: <cite style="font-style:italic">Science</cite>. Band 311, Nr. 5759, 20. Januar 2006, S. 359–361, <a href="Digital_Object_Identifier" title="Digital Object Identifier">doi</a>:<a rel="nofollow" class="external text" href="https://doi.org/10.1126/science.1120639">10.1126/science.1120639</a>.<span class="Z3988" title="ctx_ver=Z39.88-2004&rft_val_fmt=info%3Aofi%2Ffmt%3Akev%3Amtx%3Ajournal&rfr_id=info:sid/de.wikipedia.org:Helimagnetismus&rft.atitle=Real-Space+Observation+of+Helical+Spin+Order&rft.au=Masaya+Uchida%2C+Yoshinori+Onose%2C+Yoshio+Matsui%2C+...&rft.date=2006-01-20&rft.doi=10.1126%2Fscience.1120639&rft.genre=journal&rft.issue=5759&rft.jtitle=Science&rft.pages=359-361&rft.volume=311" style="display:none">

</li>

<li id="cite_note-10"><a href="#cite_ref-10">↑</a> S. L. Zhang, I. Stasinopoulos, T. Lancaster, F. Xiao, A. Bauer, F. Rucker, A. A. Baker, A. I. Figueroa, Z. Salman, F. L. Pratt, S. J. Blundell, T. Prokscha, A. Suter, J. Waizner, M. Garst, D. Grundler, G. van der Laan, C. Pfleiderer, T. Hesjedal: <cite class="lang" lang="en" dir="auto" style="font-style:italic">Room-temperature helimagnetism in FeGe thin films</cite>. In: <cite class="lang" lang="en" dir="auto" style="font-style:italic">Scientific Reports</cite>. Band 7, Nr. 1, 9. März 2017, S. 123, <a href="Digital_Object_Identifier" title="Digital Object Identifier">doi</a>:<a rel="nofollow" class="external text" href="https://doi.org/10.1038/s41598-017-00201-z">10.1038/s41598-017-00201-z</a>, <a class="external mw-magiclink-pmid" rel="nofollow" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/28273923?dopt=Abstract">PMID 28273923</a> (englisch).<span class="Z3988" title="ctx_ver=Z39.88-2004&rft_val_fmt=info%3Aofi%2Ffmt%3Akev%3Amtx%3Ajournal&rfr_id=info:sid/de.wikipedia.org:Helimagnetismus&rft.atitle=Room-temperature+helimagnetism+in+FeGe+thin+films&rft.au=S.+L.+Zhang%2C+I.+Stasinopoulos%2C+T.+Lancaster%2C+...&rft.date=2017-03-09&rft.doi=10.1038%2Fs41598-017-00201-z&rft.genre=journal&rft.issue=1&rft.jtitle=Scientific+Reports&rft.pages=123&rft.pmid=28273923&rft.volume=7" style="display:none">

</li>

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Normdaten (Sachbegriff): <a href="Gemeinsame_Normdatei" title="Gemeinsame Normdatei">GND</a>: <a rel="nofollow" class="external text" href="https://d-nb.info/gnd/1161343806">1161343806</a> </div>

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<a href="https://www.wikidata.org/wiki/Q3144647" class="extiw external" title="d:Q3144647">Helimagnetismus (Q3144647)</a>

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