Wissenschaftler des Massachusetts Institute of Technology (MIT) haben eine neue Form des Magnetismus entdeckt, die als "p-Wellen-Magnetismus" bezeichnet wird. Diese Entdeckung, die in zweidimensionalen Kristallen von Nickeliodid (NiI₂) beobachtet wurde, kombiniert ferromagnetische und antiferromagnetische Eigenschaften und birgt das Potenzial für die Entwicklung fortschrittlicher elektronischer Geräte.
Der p-Wellen-Magnetismus zeichnet sich durch eine spiralförmige Anordnung der Elektronenspins aus, die sogenannte "chirale" Strukturen bilden. Diese Strukturen sind spiegelbildlich zueinander und können elektrisch gesteuert werden. Die Forscher konnten zeigen, dass bereits ein kleines elektrisches Feld ausreicht, um die Richtung dieser magnetischen Spiralen umzukehren. Dies ist ein entscheidender Schritt für die Entwicklung von spintronischen Speicherchips, die Informationen mithilfe des Elektronenspins speichern und verarbeiten. Solche Technologien versprechen, deutlich schneller, dichter und energieeffizienter zu sein als herkömmliche Elektronik, da sie den Energieverlust durch Wärmeentwicklung reduzieren. Die Entdeckung, die in der Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlicht wurde, baut auf früheren theoretischen Vorhersagen auf.
Die Forscher des MIT synthetisierten zunächst Einkristall-Flocken von Nickeliodid. Bei der Untersuchung der magnetischen Eigenschaften stellten sie fest, dass die Spins der Nickelatome in einer spiralförmigen Musterung angeordnet waren. Diese Musterung konnte durch Anlegen eines elektrischen Feldes von einer "linkshändigen" in eine "rechtshändige" Konfiguration umgeschaltet werden. Diese Fähigkeit zur elektrischen Steuerung des p-Wellen-Magnetismus ist ein wichtiger Meilenstein. Ein wesentlicher Vorteil dieser neuen Magnetismusform liegt in ihrem Potenzial zur Energieeinsparung. Schätzungen zufolge könnten spintronische Geräte, die auf p-Wellen-Magnetismus basieren, den Energieverbrauch um das Fünffache reduzieren. Dies ist besonders relevant angesichts des steigenden Energiebedarfs von Technologien wie künstlicher Intelligenz.
Die praktische Anwendung des p-Wellen-Magnetismus steht jedoch noch vor Herausforderungen. Die beobachteten Phänomene traten bisher nur bei extrem niedrigen Temperaturen von etwa 60 Kelvin (-213 Grad Celsius) auf. Das Hauptziel der Forscher ist nun, Materialien zu finden, die diese Eigenschaften bei Raumtemperatur zeigen. Dies würde den Weg für die breite kommerzielle Nutzung in alltäglichen elektronischen Geräten ebnen. Die Forschung wurde durch die Zusammenarbeit von experimentellen und theoretischen Teams ermöglicht, darunter auch Beiträge von Professorin Silvia Picozzi von der Universität Mailand-Bicocca, die an der theoretischen Entwicklung und numerischen Simulationen beteiligt war. Diese interdisziplinäre Zusammenarbeit war entscheidend für den Durchbruch und unterstreicht die Bedeutung von Grundlagenforschung für zukünftige technologische Innovationen.