Zukünftige Informationstechnologien: Dreidimensionale Quanten-Spin-Flüssigkeit entdeckt

Zwei der vier magnetischen Wechselwirkungen bilden ein neues dreidimensionales Netz aus Dreiecken mit gemeinsamen Ecken, das als Hyper-Hyperkagome-Gitter bekannt ist und zu dem Quanten-Spin-Flüssigkeitsverhalten in PbCuTe2O6 führt. © HZB

IT-Bauelemente basieren heute auf elektronischen Prozessen in Halbleitern. Der nächste wirkliche Durchbruch könnte darin bestehen, dass andere Quantenphänomene genutzt werden, zum Beispiel Wechselwirkungen zwischen winzigen magnetischen Momenten im Material, den Spins.

So genannte Quanten-Spin-Flüssigkeitsmaterialien könnten Kandidaten für solche neuen Technologien sein. Sie unterscheiden sich deutlich von herkömmlichen magnetischen Materialien, da Quantenfluktuationen die magnetischen Wechselwirkungen dominieren:

Aufgrund geometrischer Zwänge im Kristallgitter können Spins nicht alle zusammen in einem Grundzustand „einfrieren“ – sie sind gezwungen zu fluktuieren, selbst bei Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt.

Seltenes Quantenphänomen

Quanten-Spin-Flüssigkeiten sind selten und wurden bisher vorwiegend in zweidimensionalen magnetischen Systemen gefunden.

Dreidimensionale isotrope Spinflüssigkeiten werden meist in Materialien gesucht, bei denen die magnetischen Ionen Pyrochlor- oder Hyperkagome-Gitter bilden. Ein internationales Team unter der Leitung der HZB-Physikerin Prof. Bella Lake erforschte nun Proben von PbCuTe2O6. Sie besitzen ein dreidimensionales Gitter, das als Hyper-Hyperkagome-Gitter bezeichnet wird.

Theoretische Modellierung der magnetischen Wechselwirkungen

HZB-Physiker Prof. Johannes Reuther berechnete mit theoretischen Modellen das Verhalten eines solchen dreidimensionalen Hyper-Hyperkagome-Gitters mit vier magnetischen Wechselwirkungen. Diese Betrachtungen zeigten, dass das System Quanten-Spin-Flüssigkeitsverhalten mit einem spezifischen magnetischen Energiespektrum aufweist.

Neutronenexperimente zeigen 3D-Quantenspinflüssigkeitsverhalten

Mit Neutronenexperimenten am ISIS, UK, ILL, Frankreich und NIST, USA konnte das Team die sehr subtilen Signale dieses vorhergesagten Verhaltens nachweisen. „Wir waren überrascht, wie gut unsere Daten zu den Berechnungen passen. Das gibt uns die Hoffnung, dass wir wirklich verstehen können, was in diesen Systemen geschieht“, erklärt Erstautorin Dr. Shravani Chillal, HZB.

Dr. Shravani Chillal
E-Mail: shravani.chillal@helmholtz-berlin.de

Prof. Dr. Bella Lake
E-Mail: bella.lake@helmholtz-berlin.de

DOI: 10.1038/s41467-020-15594-1
http://dx.doi.org/10.1038/s41467-020-15594-1

https://www.helmholtz-berlin.de/pubbin/news_seite?nid=21301;sprache=de;seitenid=…

Media Contact

Dr. Ina Helms Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Informationstechnologie

Neuerungen und Entwicklungen auf den Gebieten der Informations- und Datenverarbeitung sowie der dafür benötigten Hardware finden Sie hier zusammengefasst.

Unter anderem erhalten Sie Informationen aus den Teilbereichen: IT-Dienstleistungen, IT-Architektur, IT-Management und Telekommunikation.

Zurück zur Startseite

Kommentare (0)

Schreib Kommentar

Neueste Beiträge

Effizientes Ventil für Elektronenspins

Forscher der Universität Basel haben zusammen mit Kolleginnen aus Pisa ein neues Konzept entwickelt, das den Eigendrehimpuls (Spin) von Elektronen verwendet, um elektrischen Strom zu schalten. Neben der Grundlagenforschung könnten…

24.000 Kilometer in der Sekunde: Bislang schnellster Stern von Kölner Physikern entdeckt

Erforschung von Hochgeschwindigkeitssternen durch Teleskop in Südamerika / Kölscher „4711“-Stern braucht nur 7,6 Jahre um Schwarzes Loch zu umkreisen Dr. Florian Peißker und Professor Dr. Andreas Eckart vom I. Physikalischen…

Blick in einen G1-Tiegel während der Herstellung einer Sprühbeschichtung am Fraunhofer IISB. Kurt Fuchs / Fraunhofer IISB

Auf den Spuren schädlicher Metalle

Hohe Materialperformance mit multikristallinen Siliziumblöcken Fraunhofer IISB, AlzChem AG und Wacker Chemie AG haben das BMWi-Verbundprojekt SYNERGIE abgeschlossen. Das SYNERGIE-Konsortium untersuchte, wie metallische Verunreinigungen in multikristallinen Siliziumblöcken entstehen. Spezies, Quellen…