Forscher der University of Chicago Pritzker School of Molecular Engineering (UChicago PME) haben ein bahnbrechendes Quantenphänomen im zweidimensionalen magnetischen Material Fe5GeTe2 entdeckt. Die am 7. August 2026 in Science Advances veröffentlichte Studie zeigt, dass Millionen von Elektronen in diesem einzigartigen van-der-Waals-Magneten im quantenmechanischen Gleichschritt fast zum Erliegen kommen, was bestehende theoretische Modelle herausfordert und revolutionäre Computerspeicheranwendungen in Aussicht stellt.
Ein überraschendes Quanten-Vielteilchenphänomen
Unter der Leitung von Assistenzprofessor Shuolong Yang sowie den Postdoktoranden Gabriele Berruto und Qiang Gao untersuchte das Team das Material mittels winkelaufgelöster Photoelektronenspektroskopie (ARPES). Durch die Fokussierung eines Ultraviolettlasers auf einen nur 10 Mikrometer großen Punkt entdeckten die Wissenschaftler ein auffallend flaches elektronisches Band. Im Gegensatz zu normalen Bändern, die wie steile Hänge wirken, zwingt dieses flache Band die Elektronen zu einer drastisch reduzierten, kollektiven Bewegung.
Herausforderung für etablierte Theorien
Diese Entdeckung zwingt Physiker dazu, die grundlegenden magnetischen Wechselwirkungen in Fe5GeTe2 völlig neu zu bewerten. Da das Material zu den van-der-Waals-Magneten gehört, die aus stark gebundenen Atomschichten bestehen, lässt es sich extrem dünn herstellen. Frühere Studien zeigten Ferromagnetismus in 12-Nanometer-Filmen bis zu 293 Kelvin. Die neu beobachtete kohärente Reaktion hielt bis zu etwa 100 Kelvin an und bietet eine robuste Plattform für empfindliche Quantenzustände.
Wegbereiter für lichtgesteuerte Speicher
Die Erkenntnisse eröffnen neue Wege für fortschrittliche Elektronik und Spintronik. Durch den Einsatz eines fokussierten Lasers zum Umschalten zwischen elektronischen und magnetischen Phasen demonstrierten die Forscher das Potenzial zur Informationskontrolle mittels Licht. Obwohl die Skalierung auf Raumtemperatur eine Hürde darstellt, plant das Team, Fe5GeTe2 auf eine einzige Atomschicht zu reduzieren. Die Studie ist zudem dem verstorbenen UChicago-Physiker Peter Littlewood gewidmet.
