Das Mineral mit dem klangvollen Namen Herbertsmithit stellt vermutliche eine neuartige Materieform dar, deren Magnetismus sich jedem Ordnungsversuch entzieht. Die Anordnung der magnetischen Momente in herkömmlichen Materiezuständen fällt bei ausreichend tiefen Temperaturen in einen geordneten Grundzustand. Man kann sich dies als ein Einfrieren des magnetischen Zustandes vorstellen. Herbertsmithit zeigt stattdessen auch am absoluten Nullpunkt ein ständig fluktuierendes Verhalten, das Physiker als Quantenspin-Flüssigkeit bezeichnen. So etwas war bisher nur in eindimensionaler Form bekannt, das heißt in Kristallen aus Spin-behafteten Teilchen, deren magnetische Kopplung nur in einer Richtung sehr stark ist, während sie in den anderen zwei Dimensionen quasi magnetisch isoliert sind.

Forschern am Massachusetts Institute of Technologie (MIT) um Tian-Heng Han gelang es nun große, hochreine Kristalle aus Herbertsmithit zu züchten. Bei inelastischer Streuung mit Neutronen an der zweidimensionalen Kristallstruktur zeigte sich, dass es sich dabei tatsächliche um eine reale Quantenspin-Flüssigkeit handelt. Diese zeichnen sich außerdem dadurch aus, dass ihre Quantenzustände hochgradig korreliert sind. Quantenkorrelation ist ein Phänomen, das die quantenmechanischen Konfigurationen zweier Systeme auch über sehr große räumliche Entfernungen verknüpft. Derartige Effekte könnten als Grundlage für überlichtschnelle Informationsübermittlung dienen. Auch Datenspeicherung in Quantencomputern und ein genaues Verständnis von Hochtemperatursupraleitern rückt mit den neuen Erkenntnissen vom MIT einen Schritt näher.

Originalpublikation: Tian-Heng Han et al.: Fractionalized excitations in the spin-liquid state of a kagome-lattice antiferromagnet in Nature (Dez. 2012)

Teilen →