Ein internationales Forscherteam hat Quantenspinketten aus Kohlenstoff gebaut und lieferte experimentelle Beweise für die Haldanae-Phase – eines der wichtigsten Modelle des Quantenmagnetismus. Die Entwicklung gelang unter der Leitung der Empa und des International Iberian Nanotechnology Laboratory. Mittels Rastertunnelmikroskopie lieferten das Team experimentelle Beweise für die Haldane-Phase, erstmals 1983 vorhergesagt von F.D.M. Haldane, einem der drei Träger des Physik-Nobelpreises 2016.
Konkret sagte Haldane voraus, dass eine Kette von Spin-1- Bausteinen „fraktioniert“ sein sollte, so dass sich die letzten Einheiten wie Spin-½-Objekte verhalten. Mittels einer Kombination von organischer Chemie und Oberflächenchemie im Ultrahochvakuum wurden aus Triangulen, einem Kohlenwasserstoffmolekül mit Spin 1, eindimensionale Spin-Ketten aus Kohlenstoff fabriziert. Die Unter- suchung ihrer magnetischen Anregungen auf einer Goldoberfläche zeigte, dass die jeweils äußersten Kettenglieder der Triangulen-Ketten sogenannte Kondo-Resonanzen aufwiesen, ein charakteristischer spektroskopischer Fingerabdruck von Spin-½-Quantenobjekten in Kontakt mit einer Metalloberfläche.
Schematische Darstellung einer Triangulen-Quantenspinkette, die auf einer Goldoberfläche mit der scharfen Spitze eines Rastertunnelmikroskops untersucht wird. Jede Triangulen-Einheit hat einen Gesamtspin von 1, aber Quantenkorrelationen in der Kette führen zu einer Spinfraktionalisierung, so dass die endständigen Triangulene einen Spin von ½ aufweisen. Bild: Empa
Neben der Erforschung linearer Spinketten haben die Wissenschaftler auch zweidimensionale Netzwerke von Quantenmagneten im Fokus, vielversprechende Materialplattformen für das Quantum Computing.
