In der Quantenwelt herrschen ganz eigene Regeln. So existiert dort ein Zustand geheimnisvoller Verbundenheit zwischen zwei Teilchen, die so genannte Verschränkung. Ein internationales Forschteam hat nun belegt, dass dieser Zustand auch den Magnetismus auf Teilchenebene prägt – entgegen den bisherigen Vorstellungen. Ihre Ergebnisse sind in der Fachzeitschrift „Proceedings of the National Academy“ erschienen.
Auch Atome besitzen eine Art Magnetismus. Er drückt sich aus in ihrem so genannten „Spin“, einer Eigenschaft ähnlich einer Drehrichtung. Nach herkömmlicher Lesart zeigen alle Spins dieser Atome in magnetischen Materialien in die gleiche Richtung. In so genannten Antiferromagneten ordnen sich die Atome spontan so an, dass ihre Spins in Gegenrichtung zu dem Spin des jeweils benachbarten Atoms ausgerichtet sind. Dadurch hebt sich ihre Wirkung auf und das Material ist neutral.
Doch eine neue Studie von Wissenschaftlern des London Centre for Nanotechnology (LCN) entlarvt dieses Bild als nicht korrekt. Denn es ignoriert die spezifischen Unsicherheiten des Quantenzustands. Denn dieser beinhaltet einen Zustand der Überlagerung, in dem ein Spin gleichzeitig aufwärts und abwärts zeigen kann. Zudem können zwei Atome und ihre Spins durch eine so genannte Verschränkung verknüpft sein. Dann zeigen beide – selbst in dem unbestimmten Zustand der Überlagerung – immer in die entgegengesetzte Richtung.
Sie demonstrierten diesen Effekt anhand von Kupferatomen auf einer organometallischen Oberfläche. Sie entwickelten einen Nachweis der Verschränkung, bei dem Neutronen eine entscheidende Rolle spielen. Die Bedeutung dieser Arbeit liegt vor allem darin, dass die Forscher demonstrierten, dass ein relativ konventionelles Werkzeug der Materialforschung – Neutronenstrahlen, die in einem Teilchenbeschleuniger erzeugt werden – genutzt werden können, um den geheimnisvollen Zustand der Verschränkung abzubilden.
“Als wir mit dieser Arbeit begannen, hat keiner von uns so gewaltige Verschränkungseffekte in dem untersuchten Material erwartet“, erklärt Professor Des McMorrow. „Wir folgten einfach einer Ahnung, dass dieses Material etwas Wichtiges enthüllen könnte und waren so klug, dieser Ahnung auch zu folgen.“ Als nächste Schritte wollen die Wissenschaftler ihre Methode auch an Hochtemperatur-Supraleitern testen. Diese besitzen einige Gemeinsamkeiten mit Antiferromagneten und könnten auch eine Rolle bei der Entwicklung von zukünftigen Quantencomputern spielen.
(University College London, 24.09.2007 – NPO)
