Dreidimensionale Spin-Flüssigkeit entdeckt
Neue Kandidaten für den Einsatz in zukünftigen Informationstechnologien.
Quantenphänomene wie zum Beispiel Wechselwirkungen zwischen winzigen magnetischen Spins im Material könnten zu neuartigen IT-Elementen führen. Solche Quanten-Spin-Flüssigkeitsmaterialien 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 quasi einfrieren - sie sind gezwungen zu fluktuieren, selbst bei Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt.
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 von Bella Lake vom Helmholtz Zentrum Berlin erforschte nun Proben von PbCuTe2O6. Sie besitzen ein dreidimensionales Gitter, das als Hyper-Hyperkagome-Gitter bezeichnet wird.
Ihr Kollege 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.
Mit Neutronenexperimenten 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", sagt HZB-Forscherin Shravani Chillal.
HZB / JOL
