Forscher entdecken Quantenspinflüssigkeit in Gas

Forscher der Oregon State University haben ein Material entdeckt, das als nächster Schritt zur Herstellung von Quantencomputern dienen soll: Im Lithium-Osmiumoxid bilden Osmium-Atome ein wabenartiges Gitter, was wiederum das Phänomen der geometrischen Frustration hervorruft. 

Physiker sind der Meinung, dass dies als Anzeichen eines Anteils von Quantenspinflüssigkeit gewertet werden kann, welche grundlegende Kenntnisse auf dem Weg zum Quantencomputer liefern könnte.

Elektronen in ständiger Schwankung

Im Gegensatz zu einem permanenten Magneten, wie beispielsweise in einer Kompassnadel, bei dem Elektronen ausgerichtet rotieren und alle in die gleiche Richtung zeigen, ist das Verhalten der Elektronen bei einer magnetischen Frustration anders: “Hier ist die atomare Anordnung so, dass die Elektronenspins keine geordnete Ausrichtung erreichen können und stattdessen in einem ständig schwankenden Zustand sind – wie Ionen in einer Flüssigkeit”, sagt Forschungsleiter Mas Subramanian.

Das Lithium-Osmiumoxid zeigt laut selbst dann keine Anzeichen für eine magnetische Ordnung, wenn es gefroren ist – was wiederum nahelegt, dass es sich bei dem Flüssigkeitsanteil um Quantenspinflüssigkeit handelt. “Wir freuen uns über diese neue Entwicklung auf der Suche nach neuen Quantenspinflüssigkeiten, da sie die Art und Weise, wie wir Daten verarbeiten und speichern, revolutionieren kann”, sagt Subramanian.

Bisher nur in anorganischen Materialien

Quantenspinflüssigkeit ist bisher lediglich in wenigen anorganischen Materialien vorgefunden worden, von denen einige Iridium enthalten. “Osmium steht im Periodensystem direkt neben Iridium und erfüllt alle Voraussetzungen, Verbindungen zu bilden, um den Zustand einer Quantenspinflüssigkeit aufrechtzuerhalten”, erklärt der Forschungsleiter.

Das Konzept von Quantencomputern basiert auf der Fähigkeit von subatomaren Partikeln, zu jeder Zeit in mehr als einem Zustand zu existieren. Das Arbeiten klassischer Computer beruht auf Bits – Informationsteile, die in einem von zwei Zuständen existieren, einer 0 oder einer 1. Bei Quantenrechnern werden Informationen in Quantenbits oder Qubits übersetzt, die viel mehr Informationen speichern können als eine 0 oder eine 1, da sie auch jeden Wert dazwischen einnehmen können.

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