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, sogenannte 2D-Materialien, 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 daran, Chromiodid-Einkristalle unter Verwendung verschiedener Drücke und Temperaturen zu erforschen. „Wir haben den Chromiodid-Kristall hohem Druck ausgesetzt, 20 Gigapascal und mehr, und wir haben die Änderungen des magnetischen Zustands mit einem Raman-Spektrometer verfolgt“, beschreibt Haider Golam vom J. Heyrovsky Institute of Physical Chemistry.

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 niedriger Temperatur begann es jedoch, exotische Eigenschaften zu zeigen, die mit dem sogenannten Spinnglas verbunden sind.

„Quantenspinflüssigkeit ist ein exotischer Materiezustand, der den sogenannten niemals gefrierenden Magneten beschreibt“, 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 der Elektronen wie Moleküle in Flüssigkeiten auch bei extrem niedrigen Temperaturen aufgrund der langreichweitigen Spin-Kopplung noch 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 Quantenspinflüssigkeiten der Schlüssel zur Herstellung robuster Quantenbits sein, von denen erwartet wird, dass sie gegen äußere Störungen resistent sind. „Solche exotischen Zustände in zweidimensionalen Materialien zu beobachten, hat einen weiteren Vorteil, nämlich eine deutliche Verringerung der Abmessungen des Geräts im Vergleich zu Geräten, die auf herkömmlichen Schüttgütern basieren“, fügte er hinzu.

Laut Kalbáč arbeitet das Team seit etwa zwei Jahren an der Erforschung geeigneter 2D-Quantenmaterialien. Er sagte, dass ein weiteres Ziel darin besteht, den exotischen magnetischen Zustand gründlicher zu untersuchen und ein System zu entwerfen, das ineinander verschlungene Quantenzustände erreicht, ohne dass extreme Bedingungen wie sehr hoher Druck geschaffen werden müssen.

Experten aus Schweden, Deutschland, Russland, Japan und Saudi-Arabien arbeiteten auch mit Forschern der Akademie der Wissenschaften der Tschechischen Republik und der Karls-Universität zusammen.