Zukünftige Informationstechnologien: 3-D-Quanten-Spin-Flüssigkeit enthüllt

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Quanten-Spin-Flüssigkeiten sind Kandidaten für den potenziellen Einsatz in zukünftigen Informationstechnologien.

Bisher wurden Quanten-Spin-Flüssigkeiten meist nur in ein- oder zweidimensionalen magnetischen Systemen gefunden.

Nun hat ein internationales Team unter der Leitung von HZB-Wissenschaftlern Kristalle aus PbCuTe2O6 mit Neutronenexperimenten am ISIS, NIST und ILL untersucht.Sie fanden ein Spin-Flüssigkeits-Verhalten in 3-D, bedingt durch ein sogenanntes Hyper-Hyperkagom-Gitter.

Die experimentellen Daten passen sehr gut zu theoretischen Simulationen, die ebenfalls am HZB durchgeführt wurden.IT-Geräte basieren heute auf elektronischen Prozessen in Halbleitern.

Der nächste wirkliche Durchbruch könnte die Ausnutzung anderer Quantenphänomene sein, zum Beispiel Wechselwirkungen zwischen winzigen magnetischen Momenten im Material, den so genannten Spins.

Sogenannte Quanten-Spin-Flüssigmaterialien könnten Kandidaten für solche neuen Technologien sein.

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Sie unterscheiden sich deutlich von herkömmlichen magnetischen Materialien, weil Quantenfluktuationen die magnetischen Wechselwirkungen dominieren: Aufgrund geometrischer Zwänge im Kristallgitter können nicht alle Spins im Grundzustand “zusammenfrieren” – sie sind gezwungen zu fluktuieren, selbst bei Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt.Quanten-Spin-Flüssigkeiten: ein seltenes PhänomenQuanten-Spin-Flüssigkeiten sind selten und wurden bisher hauptsächlich in zweidimensionalen magnetischen Systemen gefunden.

Dreidimensionale isotrope Spinflüssigkeiten werden meist in Materialien gesucht, bei denen die magnetischen Ionen Pyrochlor- oder Hyperkagomgitter bilden.

Ein internationales Team unter der Leitung der HZB-Physikerin Prof.

Bella Lake hat jetzt Proben von PbCuTe2O6 untersucht, das ein dreidimensionales Gitter besitzt, das als Hyper-Hyperkagom-Gitter bezeichnet wird.

Simulierte magnetische WechselwirkungenDer HZB-Physiker Prof.

Johannes Reuther berechnete das Verhalten eines solchen dreidimensionalen Hyper-Hyperkagom-Gitters mit vier magnetischen Wechselwirkungen und zeigte, dass das System Quanten-Spin-Flüssigkeitsverhalten mit einem spezifischen magnetischen Energiespektrum zeigt.

Experimente an Neutronenquellen finden 3-D-Quanten-Spin-FlüssigkeitMit Neutronenexperimenten am ISIS, UK, ILL,….

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