Stellen Sie sich vor, ein Material ließe sich mit einem Lichtstrahl so verändern, dass es plötzlich ganz neue Eigenschaften annimmt – fast so, als würde es sich in einen anderen Stoff verwandeln. Keine Magie, keine Zaubertränke, sondern reine Physik: Wenn Licht auf bestimmte Kristalle trifft, werden deren magnetische Zustände angeregt und beginnen gemeinsam zu schwingen. Diese Schwingungen, sogenannte Magnonen, könnten Informationen mit enormer Geschwindigkeit übertragen und speichern – und das alles bei Zimmertemperatur, ohne dass dabei nennenswerte Wärme entsteht. Noch erstaunlicher: Für diesen Effekt braucht es keine seltenen oder teuren Materialien, sondern ganz gewöhnliche Kristalle, wie sie in der Natur vorkommen.
Durchbruch aus Konstanz: Licht steuert Magnetismus
Wie die Website ScienceDaily berichtet, sei es einem Forschungsteam der Universität Konstanz unter Leitung von Davide Bossini gelungen, diese Vision in die Realität umzusetzen. Die Wissenschaftler hätten eine experimentelle Methode entwickelt, mit der sie mithilfe von Laserpulsen gezielt Paare von Magnonen – das sind Quanten von Spinwellen – anregen konnten. Ihre Ergebnisse seien im Fachmagazin Science Advances veröffentlicht worden.
Magnonen spielen laut ScienceDaily eine Schlüsselrolle, wenn es darum geht, die wachsenden Datenmengen der modernen Welt zu bewältigen. In Zeiten von Künstlicher Intelligenz und dem „Internet der Dinge“ stoßen herkömmliche Informationssysteme an ihre Grenzen. Eine Lösung könne darin bestehen, nicht mehr nur die Ladung von Elektronen, sondern deren Spin – also deren Eigendrehimpuls – zur Informationsübertragung zu nutzen. Noch effizienter sei es, ganze Wellen von Spins, also Magnonen, gezielt zu steuern. Bisher sei es jedoch nur gelungen, Magnonen mit Licht auf niedrigen Frequenzen anzuregen, was die technischen Möglichkeiten stark einschränke.
Materialeigenschaften auf Knopfdruck verändern
Das Team aus Konstanz habe nun einen Weg gefunden, Magnonenpaare mit den höchsten im Material vorkommenden Frequenzen direkt anzuregen. Dadurch könnten sie Frequenz, Amplitude und Lebensdauer der Magnonen gezielt beeinflussen. Wie Bossini gegenüber ScienceDaily erklärte, sei das Ergebnis für die Forschenden selbst überraschend gewesen – keine Theorie habe diesen Effekt vorhergesagt.
Durch die gezielte Anregung der Magnonenpaare mit Laserpulsen hätten die Physiker die magnetischen Eigenschaften des Kristalls in nicht-thermischer Weise verändern können. Jedes feste Material habe sein eigenes „Frequenzspektrum“, so Bossini, das sich durch die neue Methode beeinflussen lasse. Für eine gewisse Zeit verändere sich so die „magnetische DNA“ des Materials – es nehme quasi eine neue Identität an.
Alltagstaugliche Kristalle statt exotischer Stoffe
Laut ScienceDaily sei für das Verfahren kein exotisches Hightech-Material nötig, sondern ein ganz gewöhnlicher Kristall: Hämatit, ein weit verbreitetes Eisenoxid, das schon vor Jahrhunderten für Kompasse genutzt wurde. Die Ergebnisse der Konstanzer Forscher deuteten darauf hin, dass sich mit dieser Methode sogar sogenannte Bose-Einstein-Kondensate von hochenergetischen Magnonen bei Zimmertemperatur erzeugen ließen – ein Zustand, der bislang nur bei extrem tiefen Temperaturen erreichbar war.