Wien. Ein internationales Forschungsteam hat den lange gesuchten Nachweis für eine spezielle Form magnetischer Unordnung, sogenannte Quanten-Spin-Flüssigkeiten, gefunden.
Ein internationales Forschungsteam mit Beteiligung der TU Wien hat Hinweise auf eine lange gesuchte Quanten-Spin-Flüssigkeit in Cer-Zirkon-Oxid entdeckt. Dieser exotische Materiezustand zeigt magnetische Unordnung selbst bei extrem tiefen Temperaturen. Die Spins bleiben in ständiger quantenmechanischer Bewegung, ohne starre magnetische Ordnung auszubilden. Neben der TU Wien waren die Rice University (Texas), die Universität von Toronto und die Rutgers University (New Jersey) beteiligt.
Emergente Photonen nachgewiesen
Besonders bemerkenswert sei der Nachweis sogenannter „emergenter Photonen“, heißt es in einer Aussendung der TU. Diese verhalten sich wie Licht, obwohl es sich um magnetische Effekte handelt. Diese Anregungen entstehen durch Wellen in der Quanten-Spin-Flüssigkeit und stimmen exakt mit theoretischen Vorhersagen überein. Im Gegensatz zu herkömmlichen Magneten bleiben die Spins quantenphysikalisch verschränkt; Messungen an einem Spin haben Einfluss auf andere Spins.
Cer-Zirkon-Oxid stelle damit den ersten überzeugenden Kandidaten für eine dreidimensionale Quanten-Spin-Flüssigkeit dar. „Wir werden noch weitere Experimente dazu durchführen, aber Cer-Zirkon-Oxid ist damit aus unserer Sicht der bislang überzeugendste Kandidat für eine Quanten-Spin-Flüssigkeit“, sagt Silke Bühler-Paschen vom Institut für Festkörperphysik der TU Wien.
Perspektiven für Quantencomputer
Die Entdeckung könnte neue Perspektiven für Supraleiter und Quantencomputer eröffnen. Frühere Experimente mit zweidimensionalen Materialien lieferten nie eine vollständige Übereinstimmung zwischen Theorie und Praxis. Die Ergebnisse wurden im Fachjournal „Nature Physics“ veröffentlicht und basieren auf Neutronenstreu-Experimenten. Weitere Studien mit höherer Auflösung sind bereits geplant, um die Befunde zu untermauern. Quanten-Spin-Flüssigkeiten waren seit den 1970er-Jahren theoretisch vorhergesagt, blieben aber experimentell schwer fassbar.