Wie das Institut für Feststoff- und Werkstoffwissenschaften (IFW) in Dresden berichtet, ist es gemeinsam mit Forschern der Universität Marseille gelungen, einen neuen Quantenzustand des Minerals Metazinnober zu identifizieren.

Metazinnober, im Fachjargon auch Metacinnabarit genannt, ist ein Mineral der Sulfide mit der chemischen Formel HgS. Es ist eine von 3 Modifikationen des Quecksilber(II)-sulfides und kristallisiert im kubischen Kristallsystem. Sein Stabilitätsbereich liegt oberhalb von 344°C, wird diese Temperatur unterschritten, wandelt sich das Mineral in das stabilere Cinnabarit (ebenfalls HgS, aber trigonales Kristallsystem) um. Metacinnabarit ist meist in massiven Aggregaten ausgebildet, kann aber auch in wenigen Millimeter großen, grauen Kristallen auftreten. Soviel nun zum Mineral selbst…

Den Forschern ist es gelungen, einen Quantenzustand zu entdecken, bei dem der elektrische Strom auf der Oberfläche des Minerals fließt, in seinem Inneren jedoch nicht. Bisher waren nur eine handvoll Minerale bekannt, die diese Eigenschaft ebenfalls aufweisen. Die Art des Stromflusses macht aber nun Metacinnabarit besonders. Auf der Oberfläche bilden sich eine Art kleine, parallel zueinander liegende Kanäle, in denen der Strom fließt. Zwischen ihnen findet jedoch kaum ein Stromfluss statt.

Normalerweise haben Elektronen in einem elektrischen Leiter einen Spin (ein innerer Drehsinn), der oft entgegengesetzt ist. Doch beim Metacinnabarit ist dieser gleichgerichtet, so dass auch ein Spinstrom fließt. Diese Eigenschaft und der Umstand, dass eine Änderung der Bewegungsrichtung der Elektronen mit einer Umkehr der Spinrichtung verbunden ist, macht das Mineral für Transistoren, Sensoren und den Bereich der Spintronik sehr interessant.

Das Problem an diesem Effekt: Er funktioniert nur, wenn der Kristall äußerst rein ist. Kleine Verunreinigungen bewirken schon einen Stromfluss in seinem Inneren. Nun sind die Mineralogen an der Reihe, das Mineral mit der nötigen Reinheit zu produzieren.