Die Geschwindigkeit und Leistung von Computern und anderen elektronischen Geräten hängt vom Arbeitsspeicher ab. Die in Speichergeräten verwendeten Materialien wie Silizium haben jedoch laut Experten ihre Grenze für eine weitere Reduzierung und Beschleunigung erreicht. Daher untersuchen die Forscher ein zweidimensionales Material namens 2D, dessen Eigenschaften nicht gut bekannt sind.

Chromiodid ist ebenfalls ein 2D-Material. Seine Struktur besteht aus einer isolierten Schicht 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 untersuchen. „Wir haben Chromjodidkristalle bei hohen Drücken, 20 Gigapascal und mehr, verwendet und wir haben Änderungen des magnetischen Zustands mit einem Raman-Spektrometer überwacht“, erklärt 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 wirkt. Im Druckbereich von 22 bis 30 Gigapascal und bei niedrigen Temperaturen beginnt es jedoch exotische Eigenschaften zu zeigen, die man mit sogenanntem Spin-Glas verbindet.

„Quantum Spinning Fluid ist ein exotischer Materiezustand, der einen sogenannten Magneten beschreibt, der niemals gefriert“, sagte Studien-Co-Autor Martin Kalbáč vom selben Institut. Bei allgemein bekannten Magneten ordnen sich beim Unterschreiten einer kritischen Temperatur die Elektronenspins periodisch im Kristallgitter an, das dann charakteristische magnetische Eigenschaften aufweist. In einer Quanten-Spin-Flüssigkeit bewegen sich die Elektronenspins aufgrund der weitreichenden Spinkopplung auch bei sehr niedrigen Temperaturen noch wie Moleküle in einer Flüssigkeit. Dieser vorhergesagte magnetische Zustand verspricht, bessere Quantenmaterialien und -technologien zu entwickeln, die mehr bedeuten, als nur die RAM-Kapazität zu erhöhen“, sagte der Wissenschaftler.

Laut Kalbáč könnten Quantenspinflüssigkeiten der Schlüssel zur Herstellung starker Quantenbits sein, von denen erwartet wird, dass sie gegen äußere Störungen resistent sind. „Die Beobachtung solch exotischer Zustände in zweidimensionalen Materialien hat einen weiteren Vorteil, nämlich eine deutliche Reduzierung der Geräteabmessungen im Vergleich zu Geräten, die auf herkömmlichen Schüttgütern basieren“, fügte er hinzu.

Laut Kalbáč arbeitet das Team seit rund zwei Jahren an der Erforschung geeigneter 2D-Quantenmaterialien. Er sagt, dass andere Ziele darin bestehen, exotische magnetische Zustände gründlicher zu untersuchen und Systeme zu entwerfen, um miteinander verflochtene Quantenzustände zu erreichen, ohne dass extreme Bedingungen wie extrem hohe Drücke 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.