WIEN / LONDON (IT BOLTWISE) – In einem bedeutenden wissenschaftlichen Durchbruch haben Physiker erstmals eine Quanten-Spinflüssigkeit in einem dreidimensionalen Feststoff nachgewiesen. Diese Entdeckung könnte weitreichende Auswirkungen auf die Entwicklung von Quantencomputern und anderen Quantentechnologien haben.
Die Entdeckung der Quanten-Spinflüssigkeit in einem dreidimensionalen Material markiert einen bedeutenden Fortschritt in der Physik. Forscher der Technischen Universität Wien und der Rice University in Houston haben nachgewiesen, dass die kristalline Verbindung Cer-Zirkon-Oxid die theoretisch vorhergesagten Merkmale einer Quanten-Spinflüssigkeit aufweist. Diese exotischen Materiezustände sind dadurch gekennzeichnet, dass die magnetischen Spins der Atome quantenphysikalisch verschränkt, aber ungeordnet bleiben.
Bereits in den 1970er-Jahren postulierten Physiker die Existenz von Quanten-Spinflüssigkeiten, doch der Nachweis in dreidimensionalen Feststoffen blieb lange aus. In zweidimensionalen Materialien wurden bereits Indizien gefunden, aber die dreidimensionale Variante stellte eine größere Herausforderung dar. Die Forscher nutzten polarisierte Neutronenstreuung, um die Struktur der Spins im Cer-Zirkon-Oxid bei extrem niedrigen Temperaturen zu untersuchen.
Die Ergebnisse der Experimente zeigten, dass die Spins in Cer-Zirkon-Oxid eine wellenartige kollektive Anregung aufweisen, die als emergente Photonen beschrieben werden. Diese magnetischen Effekte verhalten sich ähnlich wie Photonen in Lichtwellen und sind ein starker Hinweis auf das Vorhandensein einer Quanten-Spinflüssigkeit. Die Messdaten stimmten nahezu perfekt mit den theoretischen Vorhersagen überein, was die Forscher zu der Schlussfolgerung führte, dass Cer-Zirkon-Oxid tatsächlich eine Quanten-Spinflüssigkeit bildet.
Diese Entdeckung ist nicht nur für die Grundlagenforschung von Bedeutung, sondern könnte auch neue Möglichkeiten für die Entwicklung von Supraleitern und Quantencomputern eröffnen. Materialien mit solchen exotischen Zuständen bieten Potenzial für innovative Anwendungen in der Quantentechnologie. Die Forscher planen bereits weitere Studien mit höherer Auflösung sowie Untersuchungen an verwandten Materialien, um das Verständnis dieser faszinierenden Materiezustände zu vertiefen.
Die Bedeutung dieser Entdeckung liegt auch in der Beantwortung einer seit Jahrzehnten offenen Frage in der Physik. Die Bestätigung, dass Cer-Zirkon-Oxid sich wie ein echtes Quanten-Spineis verhält, eröffnet neue Perspektiven für die Erforschung dreidimensionaler Quanten-Spinflüssigkeiten. Diese Erkenntnisse könnten langfristig die Entwicklung neuer Technologien maßgeblich beeinflussen und die Tür zu weiteren wissenschaftlichen Entdeckungen öffnen.
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