Die Theorie der magnetischen Speicher in zweidimensionalen Materialien wurde bewiesen – nun erwarten wir eine Steigerung der Kapazität von HDDs.

Neues experimentelles Grenzgebiet: Der vollständige Zyklus exotischer magnetischer Phasen wurde in atomar dünnem Material entdeckt

Physiker der University of Texas in Austin haben erstmals die vollständig sequenzielle Entwicklung zweier einzigartiger magnetischer Zustände dokumentiert, die zuvor nur als separate Phasen existierten. Das Experiment ermöglichte die Bildung stabiler „magnetischer Inseln“ mit einer Größe von lediglich wenigen Nanometern – ein Schritt zu zukünftigen hochdichten Datenspeichern.

Was wurde entdeckt?
1. BKT-Phase (Berezinskii-Kosterlitz-Thouless)

Beim Abkühlen auf Temperaturen zwischen –150 °C und –130 °C wechselt das atomar dünne zweidimensionale Material in den BKT-Zustand. In diesem Zustand bilden magnetische Momente Paare von miteinander verbundenen Wirbeln, die in entgegengesetzte Richtungen rotieren. Jeder Wirbel ist auf eine Größe von wenigen Nanometern beschränkt.

2. Sechs‑Zustands‑Uhr-Phase

Bei weiterem Temperaturabfall wechselt das Material in die zweite Phase – den geordneten sechs‑Zustands‑Clock-Zustand. Magnetische Momente nehmen eine der sechs möglichen Orientierungen an, die an die Zeiger einer Uhr erinnern. Diese Zustände sind stabil und langlebig, was sie potenziell für die Datenspeicherung geeignet macht.

Diese beiden Phasen – Vorläufer des jeweils anderen – wurden zuvor einzeln beobachtet, aber ein vollständiger Zyklus wurde noch niemand reproduziert.

Material und Methoden
Das Experiment wurde an einem Kristall des Nickel‑Phosphor‑Trisulfids (NiPS₃) durchgeführt. Die Ergebnisse wurden sowohl theoretisch als auch experimentell mit nichtlinearer optischer Mikropolarimetrie bestätigt.

Wissenschaftlicher Wert
- Bestätigt fundamentale Modelle der zweidimensionalen Magnetismus und der Topologischen Physik.
- Der Beitrag des sowjetischen Wissenschaftlers Vadim Berezinskii, Gründers des BKT‑Übergangs, wird durch praktische Daten gestützt. Für die Entwicklung dieser Theorie wurde 2016 der Nobelpreis an Kosterlitz und Thouless verliehen.
- Die Demonstration stabiler nanometerscher magnetischer Wirbel in einem rein zweidimensionalen System eröffnet neue Möglichkeiten zur Steuerung von Magnetismus auf atomarer Ebene.

Perspektiven
Wissenschaftler planen, Materialien zu suchen, bei denen diese exotischen Phasen bei höheren Temperaturen – näher an Raumtemperatur – stabilisiert werden. Dies könnte zur Schaffung ultrakompakter magnetischer Nanogeräte führen, Durchbrüche in der Spintronik und neue Datenspeichertechnologien ermöglichen.