Durchbruch bei Kitaev-Materialien: Kontrolle konkurrierender Wechselwirkungen mittels Druck
Augsburger Experimentalphysiker ver?ffentlichen in Nature Communications
Augsburger Physikern gelingt ein wichtiger Durchbruch in der Arbeit mit sogenannten Kitaev-Materialien – einer Basis für Quantenspin-Flüssigkeiten. Diese Erkenntnis aus der Grundlagenforschung ist wichtig, um Zukunftstechnologien zu entwickeln. Die Ergebnisse, die am Lehrstuhl für Experimentalphysik VI entstanden, wurden in der h?chst renommierten Fachzeitschrift Nature Communications ver?ffentlicht.? ? Physiker der Universit?t Augsburg haben in Zusammenarbeit mit Kollegen aus Boston (USA) ein Kitaev-Material einer neuen Generation gefunden, bei dem hydrostatischer Druck genutzt werden kann, um konkurrierende Quantenwechselwirkungen hervorzurufen. Diese wiederum sind Voraussetzung für exotische Quantenzust?nde, die vielleicht Basis für zukünftige Technologien wie st?rungsunempfindliche Quantencomputer sein k?nnten. Die Arbeit am untersuchten Kitaev-Material Ag3LiRh2O6 wurde in der h?chst renommierten Fachzeitschrift Nature Communications ver?ffentlicht. ? ?Stellen Sie sich ein Material vor, bei dem sich die atomaren magnetischen Momente, also die Elektronenspins, selbst bei extrem niedrigen Temperaturen nicht starr anordnen,“ erkl?rt Dr. Philipp Gegenwart, Professor für Experimentalphysik. ?Statt wie in gew?hnlichen Magneten zu erstarren, verbleiben sie in einem fluktuierenden und verschr?nkten Quantenzustand. Dieser exotische Zustand wird als Quanten Spin-Flüssigkeit bezeichnet.“ Das Kitaev-Honigwabenmodell ist einer der theoretischen Vorschl?ge wie sich ein solcher Zustand herbeiführen l?sst. Quanten Spin-Flüssigkeiten k?nnen gebrochenzahlige Anregungen und topologische Ordnung beherbergen, was künftige Anwendungen in der fehlertoleranten Quanteninformatik erm?glicht. Leider verhalten sich Kitaev-Materialien nicht ganz nach diesem Muster, sie zeigen zus?tzliche magnetische Wechselwirkungen, die die Spins bei niedrigen Temperaturen zu regelm??iger Anordnung zwingen. ?Bei der Suche nach einer echten Kitaev-Spinflüssigkeit geht es deshalb darum, ein Material zu finden – oder kontrolliert zu modifizieren - bei dem solche St?rungen beseitigt oder unterdrückt werden,“ sagt Dr. Bin Shen, wissenschaftlicher Mitarbeiter und Erstautor der Ver?ffentlichung.? Hydrostatischer Druck hat sich als leistungsf?higes experimentelles Instrument erwiesen, um das empfindliche Gleichgewicht der Wechselwirkungen in Kitaev-Materialien zu untersuchen und zu manipulieren. Der Druck ver?ndert die Bindungswinkel und Atomabst?nde im Kristallgitter, die miteinander in Wechselwirkung stehen, und wirkt wie eine Stellschraube. “Wir haben uns also gefragt, wie sich die magnetische Ordnung unterdrücken l?sst, ohne das Wabennetzwerk zu zerst?ren“, sagt Shen. Mit Ag3LiRh2O6 ist nun der Durchbruch gelungen. Es beh?lt seine Struktur bis zu einem Druck von 5 Gigapascal bei, w?hrend die magnetische Ordnung unterdrückt wird. "Unsere Ergebnisse zeigen, dass Druck die Austauschwechselwirkungen in diesem Kitaev-Material beeinflussbar einstellen, sozusagen ma?schneidern, kann,“ so der Physiker weiter. ?Das er?ffnet neue M?glichkeiten für die Realisierung von Quantenspin-Flüssigkeiten und anderen exotischen Materiezust?nden." Sakrikar, P., Shen, B., Poldi, E.H.T. et al. Pressure tuning of competing interactions on a honeycomb lattice. Nat Commun 16, 4712 (2025). ?
Quanten Spin-Flüssigkeit für fehlertolerante Quantencomputer
Kontrolle von Kitaev-Materialien mit hydrostatischem Druck
Frühere Untersuchungen potenzieller Kitaev-Materialien zeigten, dass Druck in Kitaev Materialien oft eine strukturelle Dimerisierung bewirkt, die zwar die magnetische Ordnung unterdrückt, aber auch das wabenf?rmige Netzwerk verzerrt und so das System vom gewünschten Quantenspin-Flüssigkeitszustand verdr?ngt.Durchbruch mit Ag3LiRh2O6
Die Ver?ffentlichung
https://doi.org/10.1038/s41467-025-59897-7
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