Ein Team von Physikern der Universität Konstanz, unter der Leitung von Davide Bossini, hat eine bemerkenswerte Methode entwickelt, die es ermöglicht, die Eigenschaften von Materialien durch Licht zu verändern. Diese innovative Technik zielt darauf ab, magnetische Zustände in Materialien zu erregen, was die Übertragung und Speicherung von Informationen bei Raumtemperatur im Terahertz-Bereich revolutionieren könnte. Dies könnte entscheidend für die Zukunft der Datentechnologien sein.
Das Verfahren basiert auf weit verbreiteten, natürlich gewachsenen Kristallen, insbesondere Hämatit, und erfordert keine seltenen Materialien. In der Fachzeitschrift „Science Advances“ wurde diese Forschung, die im Juni 2025 veröffentlicht wurde, detailliert dargestellt. Die Idee, Magnonen, die kollektiven Spinanregungen in magnetischen Materialien, als Informationsträger zu verwenden, kommt der wachsenden Nachfrage nach neuen Technologien zur Verarbeitung großer Datenmengen entgegen.
Technologische Innovationen durch Magnonen
Bisher konnten Magnonen nur in ihren niedrigsten Frequenzzuständen angeregt werden. Das neue Verfahren erlaubt jedoch eine präzise Steuerung von Frequenz, Amplitude und Lebensdauer dieser Quantenteilchen. Dies geschieht durch die direkte optische Anregung von Magnonenpaaren, was nicht-thermische Veränderungen in den magnetischen Eigenschaften des Materials zur Folge hat. Bossini beschreibt dieses Phänomen als eine temporäre Modifikation der „magnetischen DNA“ des Materials.
Hämatit, das Material, das dabei verwendet wird, hat eine interessante historische Bedeutung, da es einst in der Seefahrt für Kompasse genutzt wurde. Die Ergebnisse der Forschung legen nahe, dass lichtinduzierte Bose-Einstein-Kondensate aus hochenergetischen Magnonen bei Raumtemperatur möglich sind. Dies könnte die Erforschung von Quanteneffekten ohne aufwändige Kühlung ermöglichen.
Supraströme bei Raumtemperatur
Eine separate, aber verwandte Forschung von Physikern unter der Leitung von Professor Dr. Burkard Hillebrands an der Technischen Universität Kaiserslautern hat kürzlich einen Durchbruch erzielt. Sie konnten zum ersten Mal einen Suprastrom von Magnonen bei Raumtemperatur nachweisen. An dieser Studie waren auch theoretische Physiker aus Israel und der Ukraine beteiligt. Diese Erkenntnisse könnten die Effizienz der zukünftigen Datenverarbeitung erheblich steigern.
Diese neuen Supraleiter zeigen Quantenphänomene, die normalerweise nur bei Temperaturen unter dem Gefrierpunkt auftreten. Hillebrands hebt die bedeutende Rolle makroskopischer Quantenzustände in der Technologie der Zukunft hervor, während die Forscher Bose-Einstein-Kondensate nutzen, um die Gesetze der Quantenwelt in Bezug auf Supraströme zu erforschen.
Magnonen sind als Quantenteilchen von Spinwellen in magnetischen Materialien leicht zu erzeugen, zu verändern und zu detektieren, während sie zudem nur wenig Energie verbrauchen. Dieser Fortschritt eröffnet neue Anwendungsmöglichkeiten in der Grundlagenforschung und könnte eine Alternative zu herkömmlichen Halbleiter-Technologien darstellen.
Quantenphysik und neue Materialien
Zusätzlich hat ein internationales Forschungsteam, einschließlich der Universität Würzburg, eine spezielle Form der Supraleitung entwickelt, die möglicherweise die Entwicklung von Quantencomputern vorantreiben könnte. Supraleiter sind dafür bekannt, Strom ohne Widerstand zu leiten, was sie zu idealen Kandidaten für elektronische Bauteile in Hochtechnologiegeräten macht.
Die Forschungsgruppe konstruierte ein Hybridbauteil aus einem stabilen Supraleiter und einem topologischen Isolator. Diese Kombination ermöglicht die präzise Kontrolle der supraleitenden Eigenschaften durch äußere Magnetfelder, was zu einem exotischen Zustand führt, in dem Supraleitung und Magnetismus koexistieren. Dieses neue Design könnte Quantenbits stabilisieren und bietet damit vielversprechende Perspektiven für zukünftige Quantencomputer.
Die Entdeckungen in der Quantenphysik und den neuen Materialien durch die verschiedenen Forschungsgruppen zeigen, dass die Wissenschaft an einem Wendepunkt steht. Die Erkenntnisse zu Magnonen und Supraleitern bieten nicht nur Einblicke in fundamentale Physik, sondern auch praktische Anwendungen, die die Art und Weise verändern könnten, wie Daten in der Zukunft verarbeitet werden.
Diese bedeutenden Forschungen sind Teil größerer Projekte, die von verschiedenen Institutionen und Förderprogrammen unterstützt werden, wie etwa dem Exzellenzcluster ct.qmat an der Universität Würzburg und der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG). Durch die Zusammenarbeit internationaler Forscher könnte der Weg für innovative Technologien in der Datenverarbeitung und Quantencomputing geebnet werden. Weitere Details zu dieser Arbeit finden sich in den Originalpublikationen der betreffenden Forschungsteams.
Für weitere Informationen lesen Sie die Berichte von Uni Konstanz, Chemie.de und Uni Würzburg.
