Diamant-Defekt spürt neue Magnet-Klasse auf

Magnete sind aus unserem Alltag nicht wegzudenken – vom Kühlschrankmagneten bis zur Festplatte. Doch die Physik kennt nicht nur die vertrauten Ferromagneten, bei denen alle atomaren Magnete in die gleiche Richtung zeigen. Es gibt auch Antiferromagneten, bei denen sich benachbarte Magnetfelder gegenseitig aufheben. Diese unsichtbaren Magnete schalten extrem schnell, sind aber schwer zu kontrollieren. Vor wenigen Jahren entdeckten Forscher eine dritte Klasse: Altermagneten. Sie kombinieren die Vorteile beider Welten – schnelles Schalten wie Antiferromagneten, aber mit elektronischen Eigenschaften, die an Ferromagneten erinnern. Das macht sie zu heißen Kandidaten für die nächste Generation ultraschneller und energiesparender Elektronik.

Doch Altermagneten zu identifizieren ist schwierig. Bisherige Methoden stören das Material oft so stark, dass die Messergebnisse verfälscht werden. Ein Team um Jamir Marino von der University at Buffalo hat nun eine elegante Lösung vorgeschlagen: einen Quantensensor auf Diamantbasis. Das Prinzip: In einem Diamanten wird ein winziger Defekt erzeugt – ein Stickstoffatom neben einer fehlenden Kohlenstoffstelle. Dieser Defekt ist extrem empfindlich für magnetische Felder. Indem man seinen magnetischen Spin in verschiedene Richtungen dreht und misst, wie schnell er wieder in den Ruhezustand zurückkehrt, lassen sich charakteristische Muster von Altermagneten erkennen. Die Methode ist so sanft, dass sie das untersuchte Material kaum beeinflusst.

Die theoretische Arbeit, veröffentlicht in Physical Review Letters, baut auf den Vorarbeiten von Libor Šmejkal und Jairo Sinova von der Universität Mainz auf, die das Konzept der Altermagneten 2019 erstmals vorschlugen. Damals stießen sie auf unerwartetes Verhalten in Rutheniumdioxid: Das Material zeigte keine äußere Magnetisierung, verhielt sich aber unter Strom wie ein Ferromagnet. Inzwischen wurden experimentelle Hinweise auf Altermagneten in mehreren Materialien gefunden. Theoretische Studien deuten darauf hin, dass über 200 Substanzen zu dieser Klasse gehören könnten – mehr als doppelt so viele wie bekannte Ferromagnete.

Marino betont, dass die vorgeschlagene Sensortechnik zunächst experimentell bestätigt werden muss. Doch wenn sie funktioniert, könnte sie die Erforschung von Altermagneten revolutionieren. „Altermagneten könnten den Transport von Informationen radikal effizienter machen“, sagt Marino. „Das würde es erlauben, Technik noch kleiner und stromsparender zu bauen.“ Die Arbeit wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft unterstützt.