Die Geschwindigkeit und Leistung von Computern und anderen elektronischen Geräten hängt vom Arbeitsspeicher ab. Allerdings stoßen die in Speichermedien verwendeten Materialien wie Silizium nach Ansicht von Experten bereits an ihre Grenzen für eine weitere Reduzierung und Beschleunigung. Forscher untersuchen daher zweidimensionale Materialien, bekannt als 2D, deren Eigenschaften noch nicht genau bekannt sind.
Auch Chromiodid gehört zu den 2D-Materialien. Seine Struktur besteht aus isolierten Schichten mit Chrom- und Jodatomen mit einer Dicke von etwa einem Nanometer. Das Team machte sich auf die Suche nach Einkristallen von Chromiodid unter Verwendung verschiedener Drücke und Temperaturen. „Wir haben den Chromiodid-Kristall hohem Druck ausgesetzt, 20 Gigapascal und mehr, und die magnetischen Zustandsänderungen mit einem Raman-Spektrometer verfolgt“, beschreibt Haider Golam von der J. Heyrovsky.
Die Forscher fanden heraus, dass das Material bei Drücken bis zu 22 Gigapascal als Ferromagnet und bei Drücken über 30 Gigapascal als Antiferromagnet wirkte. Im Druckbereich von 22 bis 30 Gigapascal und bei niedrigen Temperaturen begann es jedoch, exotische Eigenschaften zu zeigen, die mit sogenanntem Spin-Glas verbunden sind.
„Quantenspinflüssigkeit ist ein exotischer Materiezustand, der den sogenannten Magneten beschreibt, der niemals gefriert“, sagte Forschungskoautor Martin Kalbáč vom selben Institut. Bei allgemein bekannten Magneten ordnen sich beim Unterschreiten einer kritischen Temperatur die Elektronenspins periodisch in einem Kristallgitter an, das dann charakteristische magnetische Eigenschaften aufweist. In einer Quanten-Spin-Flüssigkeit sind die Spins von Elektronen wie Moleküle in Flüssigkeiten auch bei extrem niedrigen Temperaturen aufgrund der langreichweitigen Spinkopplung immer in Bewegung. Dieser vorhergesagte magnetische Zustand ist vielversprechend für die Entwicklung besserer Quantenmaterialien und -technologien, die viel mehr bedeuten, als nur die RAM-Kapazität zu erhöhen“, sagte der Wissenschaftler.
Laut Kalbáč könnten Quanten-Spin-Flüssigkeiten der Schlüssel sein, um robuste Quantenbits zu erzeugen, die äußeren Störungen widerstehen sollen. „Die Beobachtung solch exotischer Zustände in zweidimensionalen Materialien hat einen weiteren Vorteil, nämlich eine deutliche Reduzierung der Geräteabmessungen im Vergleich zu Geräten, die auf herkömmlichen Schüttgütern basieren“, fügte er hinzu.
Laut Kalbáč arbeitet das Team seit etwa zwei Jahren daran, geeignete 2D-Quantenmaterialien zu finden. Er sagte, ein weiteres Ziel sei es, einen tieferen Blick auf den exotischen magnetischen Zustand zu werfen und ein System zu entwerfen, das ineinander verschlungene Quantenzustände erreichen kann, ohne extreme Bedingungen wie sehr hohen Druck schaffen zu müssen.
Experten aus Schweden, Deutschland, Russland, Japan und Saudi-Arabien arbeiteten auch mit Forschern der Tschechischen Akademie der Wissenschaften und der Karls-Universität zusammen.
