Ames Laboratory steuert Händigkeit magnetischer Wellen für Quantencomputing
Physiker schalten Magnon-Zustände in ferrimagnetischen Kagome-Metallen mit externen Magnetfeldern und niedriger Energie
Physiker am Ames National Laboratory haben einen Weg gefunden, die Händigkeit von Magnonen umzuschalten – magnetischen Wellen, die sich durch feste Materialien bewegen, ohne eine elektrische Ladung zu transportieren. Die am 10. November 2026 gemeldete Entdeckung liefert einen neuen Mechanismus, um Daten für künftige Quantencomputing-Hardware zu kodieren und zu verarbeiten. Durch Anlegen eines externen Magnetfelds an bestimmte Kagome-Metalle brachte das Forschungsteam gegenläufige Wellenzustände dazu, sich zu vermischen.
Chirale Mischung in Kagome-Metallen
Magnonen sind Quasiteilchen, die kollektive Wellen magnetischer Anregung darstellen. Wie Kreisel bewegen sie sich entweder mit rechtshändiger oder linkshändiger Orientierung. In einer in Physical Review Letters veröffentlichten Studie zeigte eine Forschungsgruppe unter Leitung des Physikers Rob McQueeney am Ames National Laboratory, dass diese unterschiedlichen Zustände unter kontrollierten Bedingungen wechselwirken und ihre Richtung wechseln können, wie Phys.org berichtete. Während konventionelle Elektronik auf der physischen Bewegung elektrischer Ladungen beruht, ermöglicht diese Innovation, dass Magnonen Informationen allein durch ihre magnetische Orientierung übertragen und dabei Energieverluste durch elektrischen Widerstand vermeiden.
„Magnonen haben gewisse Vorteile beim Transport von Informationen. Aber die Händigkeit zu manipulieren war kein gelöstes Problem. Und jetzt ist es gelöst.“
— Rob McQueeney, Ames National Laboratory
Entgegengesetzte atomare Momente in ErMn6Sn6
Der Durchbruch gelang, als das Team Kagome-Metalle untersuchte – eine Klasse von Quantenmaterialien, die nach ihrem verschachtelten Atomgitter benannt sind. Um chirales Verhalten zu beobachten, untersuchten die Wissenschaftler Ferrimagnete, Materialien aus zwei unterschiedlichen magnetischen Atomsorten, deren magnetische Momente in entgegengesetzte Richtungen zeigen, ohne sich vollständig aufzuheben. In Tests mit der Verbindung TbMn6Sn6 kreuzten sich rechtshändige und linkshändige Magnonen ohne Wechselwirkung. Bei Experimenten mit ErMn6Sn6, einer Legierung aus Erbium, Mangan und Zinn, beobachteten die Forscher jedoch, dass die beiden Wellentypen kollidierten, der Kreuzung auswichen und sich vermischten, wie Phys.org ausführte.
Energiearmes Umschalten für die Datenspeicherung
Unter gewöhnlichen Bedingungen erfordert die Anregung rechtshändiger und linkshändiger Magnonen völlig unterschiedliche Energieschwellen. Der Versuchsaufbau zeigte, dass die Brechung der Materialsymmetrie die beiden Zustände frei miteinander vermischen lässt. Diese Reaktion ermöglicht es einem externen Magnetfeld, die Händigkeit der Welle mit sehr wenig Leistung umzuschalten. Die Kontrolle chiraler Zustände löst eine seit Langem bestehende Hürde in der spinbasierten Physik. Obwohl noch kein kommerzielles Gerät und keine Patentanmeldung registriert wurden, liefert diese Laborerfindung die physikalische Grundlage für künftiges geistiges Eigentum und spintronische Bauteile und eröffnet praktische Wege für hocheffiziente magnetische Logik im Quantencomputing.
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