Neue Magnet-Art entdeckt: Altermagnete revolutionieren Computer

An einem windigen Nachmittag im Herbst 2025 arbeitete die Doktorandin Jiaruo Li in einem Labor am Massachusetts Institute of Technology. Während um sie herum die Kühlpumpen dröhnten, versuchte sie, einen neuen Speicher für digitale Daten zu entwickeln. Ihr Ziel war es, eine im Vorjahr entdeckte, ungewöhnliche Form des Magnetismus zu nutzen, um das Gerät schneller und energieeffizienter zu machen als jede bisherige Technologie. Genau zur richtigen Zeit, angesichts des aktuellen KI-Booms und der damit steigenden Nachfrage an Rechenzentren und Strom.

Doch dafür musste Li die sprichwörtliche Nadel im Heuhaufen finden: ein kaum sichtbares Flöckchen Nickelbromid von lediglich atomarer Dicke. Auf dem Weg dorthin hatte sie zunächst ein Glasröhrchen mit Nickelbromidpulver zehn Tage lang bei hohen Temperaturen in einem computergesteuerten Ofen erhitzt, wodurch ein daumennagelgroßer Kristall der gewünschten Verbindung entstand. Anschließend brachte sie ein spezielles Klebeband auf den Kristall auf, zog es ab und übertrug die daran haftenden Nickelbromid-Flöckchen auf einen glänzenden Siliziumwafer.

Nickelbromid ist eine verwandte Verbindung von Nickeljodid, das im Frühjahr 2025 Schlagzeilen machte, weil es als erster Stoff »p-Wellen-Magnetismus« zeigte – ein Phänomen, das Fachleute Anfang 2024 erstmals vorhergesagt hatten. Solche p-Wellen-Magnete weisen seltsame Merkmale auf, die herkömmlichen Magneten fehlen. Zum Beispiel beeinflussen sie die magnetischen Eigenschaften der Elektronen, die durch sie hindurchfließen.

Dieser Durchbruch war nur der jüngste in einer Reihe von Enthüllungen der letzten Jahre, die mit der Entdeckung einer völlig neuen Klasse von Magneten begann: den Altermagneten. Diese bisher unbekannte Form von Magnetismus überraschte viele Fachleute. Altermagnete könnten nicht nur die Computerhardware revolutionieren, sondern auch unser Verständnis der Physik von Magneten neu definieren. Besonders bemerkenswert ist dabei, dass die neuen Magnete eigentlich gar nicht neu sind. Viele bestehen aus bekannten, umfassend untersuchten Verbindungen, von denen sich niemand mehr Überraschungen erhoffte. Und doch besitzen sie erstaunliche Fähigkeiten, die sich durch einfache Geometrie erklären lassen.

Der Motor der modernen Welt: Ferromagnete – wie jene, mit denen wir Bilder an Kühlschranktüren heften – werden schon seit prähistorischer Zeit genutzt. Verstanden wurden sie jedoch erst mit der Entwicklung der modernen Quantentheorie in den 1920er-Jahren. Laut dem Physiker Stephen Blundell von der University of Oxford könnte die Entstehung der Quantenmechanik selbst auf die Beobachtung des Magnetismus zurückgehen. Das Phänomen der Magnetisierung beruht auf einer quantenmechanischen Eigenschaft der Elektronen, dem sogenannten Spin. Dieser verleiht einem Elektron die Eigenschaft, sich wie eine rotierende Ladung zu verhalten und damit ein Magnetfeld zu erzeugen – ähnlich einem winzigen Stabmagneten.

Ferromagnete sind in der Technik von immenser Bedeutung; Blundell bezeichnet sie als »den Motor der modernen Welt«: In Kraftwerken wandeln rotierende Magnete mechanische in elektrische Energie um, und ein Großteil der in Rechenzentren gespeicherten Bits ist in der Magnetisierung winziger Bereiche ferromagnetischer Festplatten codiert. »Alle Ihre Daten sind in der Cloud gespeichert, und die Cloud besteht ausschließlich aus Magneten«, sagt der Physiker Jairo Sinova von der Johannes Gutenberg-Universität Mainz, der eine Schlüsselrolle bei der Entdeckung der Altermagnete spielte.

Neben Ferromagneten gibt es noch Antiferromagnete, die in den 1930er-Jahren vom französischen Physiker Louis Néel vorhergesagt wurden. Bei ihnen heben sich die magnetischen Felder der Atome gegenseitig auf, sodass sie kein eigenes Magnetfeld besitzen. Néel erhielt dafür 1970 den Nobelpreis, hielt sie aber für technisch nutzlos. Diese Einschätzung könnte sich durch die Altermagnete grundlegend ändern. Denn Altermagnete vereinen die Vorteile beider Welten: Sie lassen sich wie Ferromagnete auslesen, sind aber stabiler und energieeffizienter wie Antiferromagnete. Das eröffnet völlig neue Perspektiven für die Spintronik – ein Gebiet, das den Spin von Elektronen nutzt, um Informationen zu speichern und zu übertragen, ähnlich wie die Elektronik die elektrische Ladung nutzt.

Die Entdeckung der Altermagnete könnte die Computerhardware revolutionieren. Sie ermöglichen schnellere und stromsparendere Speicher und Prozessoren, was angesichts des steigenden Energiebedarfs von Rechenzentren und KI-Systemen enorm wichtig ist. Die Forschung steht noch am Anfang, aber die ersten Ergebnisse sind vielversprechend. Wie der Physiker Rafael Fernandes von der University of Illinois Urbana-Champaign sagt: »Es ist wie damals, als ich ein Kind war: Mit 13 Jahren setzte ich erstmals eine Brille auf und sah plötzlich, dass Bäume nicht nur grüne Kleckse sind, sondern einzelne Blätter haben. So fühlt sich das an – als hätten wir plötzlich eine neue Art zu sehen.«