Spin statt Strom für Next-Gen-Chips:
Forscher machen wichtige Messung

Forschern ist es erstmals gelungen, eine theoretisch vorhergesagte Phase aus Elektronen und spannenden Quanteneffekten nach­zu­wei­sen - ein exotischer Zustand, der künftige Computer robuster und energieeffizienter machen könnte.

Dieser Quantenzustand wird noch nützlich

In einem Labor an der University of California in Irvine ist Forschern etwas gelungen, das bislang nur auf dem Papier existierte: die Messung eines vollkommen neuen Quantenzustands. Er entsteht in einem künstlich geschaffenen Material, wenn es extremen Magnetfeldern ausgesetzt wird - und könnte Computer grundlegend verändern.

Bislang war diese Idee rein theoretisch. Doch nun zeigt sich: In bestimmten Materialien können sich Elektronen mit etwas koppeln, das auf den ersten Blick ungewöhnlich erscheint - einer Art Lücke, die entsteht, wenn ein Elektron aus dem ansonsten dicht besetzten Elektronenband eines Festkörpers entfernt wird. Fehlt ein Elektron, bleibt eine Stelle mit positiver Ladung zurück, die sich im Material wie ein Teilchen mit positiver Ladung verhält. Physiker nennen dieses "quasiteilchenhafte Fehlen" schlicht "Loch".


Die Theorie, die jetzt nachgewiesen wurde: Unter den richtigen Bedingungen verbinden sich Elektronen und "Löcher" zu Paaren. Das Besondere: beide Partner drehen sich gleich gerichtet - ein Verhalten, das selbst in der exotischen Welt der Quantenphysik selten ist. Das Material, das diesen Zustand möglich macht, wurde eigens am UC Irvine hergestellt. Es trägt den Namen Hafnium-Pentatellurid.

Die Probe war winzig, das eingesetzte Magnetfeld gigantisch: Bis zu 70 Tesla - rund 700.000-mal stärker als das Erdmagnetfeld - mussten erzeugt werden, um die Umwandlung zu beobachten. Dies gelang in einer Spezialanlage des Los Alamos National Laboratory und der National High Magnetic Field Laboratory in Florida.

Experiment im Überblick
Und was sehen die Forscher? "Plötzlich bricht die Leitfähigkeit des Materials ein", berichtet Physikprofessor Luis A. Jauregui. "Das zeigt, dass es in eine neue Phase übergeht." In dieser Phase entsteht ein Zustand, der weder von elektrischer Ladung noch von klassischer Störung beeinflusst wird. Ein solches Verhalten könnte neue Wege für sogenannte Spintronik-Anwendungen eröffnen - Bauelemente, die Informationen über Spinrichtungen transportieren, statt über elektrische Ströme.

Robustheit Next-Gen

Laut Quelle könnte das Material so auch besonders strahlungsresistent sein - und somit für Raumfahrttechnologien interessant. Anders als heutige Halbleiter verliert der neue Quantenzustand seine Eigenschaften nicht bei hoher Strahlenbelastung. Das ist ein entscheidender Vorteil für künftige Missionen ins All, etwa zu Mars oder Jupitermond Europa.

Noch ist unklar, welche Anwendungen sich aus dem neu entdeckten Zustand ergeben könnten. Doch dass er überhaupt existiert und nun experimentell nachgewiesen wurde, gilt als bedeutender Schritt. Denn damit rückt eine Elektronik in Reichweite, die gegenüber Störungen und Strahlung robust ist - ein mögliches Fundament für langlebige Systeme im All oder für neuartige Quantentechnologien.


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